A lo largo de los años, la domesticación de gramíneas como el trigo, el arroz, la cebada y el sorgo para el consumo ha dado lugar a ciertas modificaciones en su morfología.
Una de esas modificaciones es la eliminación parcial o completa de las “aristas”, que son apéndices en forma de cerdas o agujas que se extienden desde la punta de la lema en las espiguillas de la hierba. La arista protege los granos de los animales, promueve la dispersión de semillas y ayuda en la fotosíntesis en pastos como la cebada y el trigo. Sin embargo, su presencia también dificulta la recolección manual y reduce su valor como alimento para el ganado, lo que explica su eliminación durante la domesticación.
En el pasado, los estudios genéticos han revelado el mecanismo subyacente al desarrollo de las aristas en cultivos como el arroz y el trigo. Estos indican la posibilidad de la existencia de redes genéticas complejas y distintas que controlan la formación de aristas de una manera específica de cada especie. De hecho, la existencia de un gen inhibidor de la arista en el sorgo se identificó en 1921, pero posteriormente permaneció sin caracterizar. Ahora, un grupo de investigadores, dirigido por el Prof. Wataru Sakamoto de la Universidad de Okayama y entre ellos el Prof. Hideki Takanashi de la Escuela de Graduados en Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad de Tokio, finalmente ha arrojado luz sobre este tema. Su investigación se publicó en Plant & Cell Physiology el 30 de mayo de 2022.
Justificando el fundamento detrás del estudio de la inhibición de las aristas en el sorgo, el Prof. Sakamoto dice que “el sorgo es un importante cultivo de C 4 para obtener un alto nivel de biomasa y bioenergía. Tiene una alta tolerancia a la sequía, además de ser el quinto cultivo de cereales más grande. Además, es un cultivo morfológicamente diverso con un tamaño de genoma relativamente pequeño, lo que lo hace adecuado para estudios genéticos en diversos rasgos agronómicos”.
Para los fines de este estudio, se creó una población endogámica recombinante derivada de un cruce entre variedades de sorgo “sin aristas” (BTx623) y “con aristas” (Takakibi NOG). “La perspectiva de buscar genes en sorgo utilizando la población que generamos durante los últimos diez años fue motivadora”, comenta el profesor Sakamoto. Utilizando secuenciación de próxima generación , los investigadores establecieron un mapa genético de alta densidad de este cultivar recombinante. A continuación, realizaron un análisis cuantitativo de loci de rasgos del germoplasma de sorgo para identificar el gen que controla el desarrollo de las aristas. También realizaron estudios de asociación de todo el genoma para identificar los orígenes del gen inhibidor de awn. Por último, introdujeron el gen inhibidor de las aristas en un cultivar de arroz con aristas para comprobar su funcionalidad en otras especies de gramíneas.
Los investigadores observaron que aproximadamente la mitad de la población de cultivares recombinantes estudiada no desarrolló aristas, al igual que su padre sin aristas. Además, encontraron que un solo locus en el cromosoma del cultivar era responsable de regular la ausencia y el acortamiento de las aristas en los cultivares estudiados. Identificaron el gen correspondiente a este locus como INHIBIDOR DOMINANTE DE AWN o DAI.
Los investigadores descubrieron que DAI codifica una proteína de la familia ALOG, que regula negativamente la formación de aristas como factor de transcripción. Curiosamente, cuando se introdujo DAI en el cultivar de arroz con aristas, suprimió la formación de aristas. En palabras del Prof. Sakamoto, “Fue sorprendente que el DAI también inhibiera el alargamiento de las aristas en los granos de arroz, porque no se han reportado tales genes en el arroz. Por lo tanto, la eliminación de las aristas en los granos de cereales se ha producido de manera diferente entre los cultivos de cereales, pero el mecanismo puede ser compartido entre ellos.”
En resumen, este estudio ha establecido la importancia de la DAI para el desarrollo de cultivares modernos sin aristas. Además, apunta a la existencia de un mecanismo común de inhibición de las aristas, a pesar de la existencia de inhibidores específicos de cada especie. En el futuro, se necesitan más análisis para comprender la regulación transcripcional de DAI además de aclarar la asociación de DAI con la domesticación del sorgo . Como señala el profesor Sakamoto: “A largo plazo, la comprensión de los rasgos genéticos que afectan a los cereales puede ayudarnos a crear nuevas variedades”.
Más información: Hideki Takanashi et al, EL INHIBIDOR DOMINANTE DE AWN codifica la proteína ALOG que se origina a partir de la duplicación de genes e inhibe el alargamiento de AWN mediante la supresión de la proliferación y el alargamiento celular en sorgo, fisiología vegetal y celular (2022). DOI: 10.1093/pcp/pcac057
