Agricultura Botánica y Genética Cereales Estados Unidos

Gen verde que aumenta el rendimiento identificado a partir de un experimento de 118 años en maíz



Un gen de maíz identificado a partir de un experimento de 118 años en la Universidad de Illinois podría aumentar los rendimientos de los híbridos de élite de hoy sin aportes adicionales. 


por Lauren Quinn, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign



El gen, identificado en un estudio reciente de Plant Biotechnology Journal , controla una pieza crítica de senescencia, o muerte estacional, en el maíz. Cuando el gen se apaga, los híbridos de élite cultivados en el campo produjeron 4.6 bushels más por acre en promedio que las plantas estándar.

Que data de 1896, el experimento de Illinois fue diseñado para probar si la composición del grano de maíz podría cambiarse mediante la selección artificial , un concepto relativamente nuevo introducido por Charles Darwin solo 37 años antes. La selección repetida de líneas de maíz altas y bajas en proteínas tuvo el efecto deseado en aproximadamente 10 generaciones. Sin embargo, a medida que continuó la selección de los rasgos, se notaron cambios adicionales.

«Una de las cosas que se notó ya en la década de 1930 fue que la línea baja en proteínas se mantiene más verde por más tiempo que la línea alta en proteínas. Es realmente obvio», dice Stephen Moose, profesor del Departamento de Cultivos de Illinois y compañía. -autor del estudio.

Mantenerse verde por más tiempo en la temporada puede significar más rendimiento. La planta continúa la fotosíntesis y pone energía en el desarrollo del grano. Pero, hasta ahora, nadie conocía el gen específico responsable del rasgo de permanecer verde en el maíz.

«El rasgo de permanecer verde es como una ‘fuente de juventud’ para las plantas porque prolonga la fotosíntesis y mejora el rendimiento», dice Anne Sylvester, directora de programa de la National Science Foundation, que financió esta investigación. «Este es un gran descubrimiento básico con impacto práctico».

El descubrimiento del gen fue posible gracias a una asociación público-privada de una década entre Illinois y Corteva Agriscience. Los colaboradores de Moose e Illinois inicialmente le dieron a los científicos de Corteva acceso a una población derivada del experimento de proteína de maíz a largo plazo con diferencias en el rasgo de permanecer verde. Los científicos de Corteva mapearon el rasgo de permanecer verde a un gen particular, NAC7, y desarrollaron plantas de maíz con baja expresión para el rasgo. Al igual que el padre bajo en proteínas, estas plantas permanecieron verdes por más tiempo. Probaron estas plantas en invernaderos y campos en todo el país durante dos temporadas de campo.

No solo el maíz creció bien sin NAC7, el rendimiento aumentó en casi 5 bushels por acre en comparación con los híbridos convencionales. En particular, los resultados de campo se produjeron sin fertilizante nitrogenado agregado más allá de lo que los agricultores suelen usar.

«La colaboración con la Universidad de Illinois nos brinda la oportunidad de aplicar tecnología de punta a uno de los estudios más largos en genética de plantas», dice Jun Zhang, científico investigador de Corteva Agriscience y coautor del estudio. «Las ideas que derivamos de esta relación pueden dar como resultado más fanegas sin un aumento en los costos de los insumos, lo que podría aumentar tanto la rentabilidad como la productividad para los agricultores».

El equipo de Moose luego secuenciaron el gen NAC7 en las líneas de maíz con alto y bajo contenido de proteínas y pudieron descubrir cómo el gen facilita la senescencia y por qué dejó de funcionar en el maíz con bajo contenido de proteínas.

«Pudimos ver exactamente cuál fue la mutación. Parece haber sucedido en algún momento de los últimos 100 años de este experimento, y afortunadamente se ha conservado para que podamos beneficiarnos de ella ahora», dice Moose.

No puede decir con certeza cuándo ocurrió la mutación, porque en la década de 1920 la facultad de ciencias de la cosecha tiró la semilla original de 1896.

«Entonces no tenían forma de saber que algún día podríamos identificar genes que controlen estos rasgos únicos. Pero hemos examinado otros tipos de maíz y no encontramos esta mutación», dice Moose.

El potencial futuro de esta innovación podría incluir semillas comercializadas sin expresión o con una expresión reducida de NAC7, dando a los agricultores la opción de obtener más rendimiento sin insumos adicionales de fertilizantes.

Moose enfatiza que el avance no podría haber sucedido sin que ambos socios vinieran a la mesa.

«Hay valor para la industria y la sociedad de semillas al hacer estos experimentos a largo plazo. La gente me pregunta por qué los científicos universitarios se molestan en investigar el maíz cuando las empresas lo están haciendo», dice. «Bueno, sí lo son, y pueden hacer cosas a una escala mayor y más rápida, pero a menudo no invierten en estudios en los que los beneficios pueden llevar décadas».


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