Agricultura Botánica y Genética Ciencia e Investigación Estados Unidos

La coloración inusual de la soja arroja luz sobre el silenciamiento de genes

La coloración inusual de la soja arroja luz sobre el silenciamiento de genes
Investigadores de la Universidad de Illinois han descubierto los mecanismos moleculares detrás de patrones inusuales de silla de montar en la soja. Crédito: Lila Vodkin

Las semillas de soja de hoy son típicamente de color amarillo dorado, con una pequeña marca negruzca donde se adhieren a la vaina. En un campo de millones de frijoles, casi todos tendrán este aspecto. 


por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign


De vez en cuando, sin embargo, un frijol se volverá medio negro, con un patrón de silla de montar similar a un guisante de ojos negros.

«El color amarillo se deriva de un proceso natural conocido como silenciamiento de genes , en el que los genes interactúan para desactivar ciertos rasgos», explica Lila Vodkin, profesora emérita del Departamento de Ciencias de los Cultivos de la Universidad de Illinois. «Los científicos utilizan este proceso con frecuencia para diseñar todo, desde cultivos mejorados hasta medicamentos, pero los ejemplos de silenciamiento de genes que ocurren naturalmente, también conocido como interferencia de ARN o ARNi, son limitados. Una mejor comprensión de este proceso puede explicar cómo se pueden manipular genes en cualquier cosa, desde la soja hasta los seres humanos «.

La vía del ARNi se descubrió hace unos 20 años como un proceso natural en un pequeño gusano redondo. El descubrimiento y el trabajo de seguimiento que muestra su potencial biomédico le valieron a los científicos el Premio Nobel en 2006. En las plantas, se descubrió ARNi en petunias. Cuando los criadores intentaron transformar un gen para producir rosas y púrpuras más brillantes, terminaron con flores blancas. El gen del color de las flores había sido silenciado.

«Antes de que fueran domesticados, la soja era negra o marrón debido a los diferentes pigmentos de antocianina en la cubierta de la semilla», dice Sarah Jones, especialista en investigación que trabaja con Vodkin en el estudio. «Los criadores se deshicieron de los pigmentos oscuros porque pueden decolorar el aceite o la harina de soja durante los procesos de extracción».

Vodkin aclara: «El color amarillo fue una mutación natural del ARNi que ocurrió de manera espontánea, probablemente al comienzo de la agricultura, como hace 10.000 años. La gente veía los frijoles amarillos como algo diferente. Los recogían, los guardaban y los cultivaban. en las colecciones de germoplasma de la soja silvestre, Glycine sojae, no se encuentra el color amarillo, solo semillas de pigmentación oscura «.

El trabajo anterior del equipo mostró que la soja amarilla es el resultado de un proceso de silenciamiento de genes que ocurre naturalmente en el que participan dos genes. Esencialmente, uno de los genes bloquea la producción de los precursores del pigmento más oscuro. Pero los investigadores no estaban seguros de por qué a veces reaparecen los pigmentos negros, como en los frijoles con patrón de silla de montar. Ahora lo saben.

Vodkin y su equipo buscaron frijoles con pigmentación inusual en la colección de germoplasma de soja del USDA, alojada en la U de I. La colección contiene miles de especímenes, que representan gran parte de la diversidad genética de la soja domesticada y sus parientes silvestres.

«Pedimos frijoles con este patrón de silla de montar negro», recuerda Jones. «Queríamos saber si todos obtienen este patrón del mismo gen». Algunas de las muestras se habían recolectado desde 1945.

El equipo utilizó técnicas modernas de secuenciación genómica, examinando rápidamente unos 56.000 genes que codifican proteínas para identificar al responsable del patrón. El autor principal, Young Cho, hizo el descubrimiento cuando era estudiante de posgrado cuando notó un defecto en el gen Argonaute5. El equipo examinó granos adicionales con la silla y descubrió que el gen Argonaute5 estaba defectuoso de una manera ligeramente diferente en cada uno de ellos.

«Así es como se demuestra que encontró el gen correcto», dice Vodkin, «debido a que estas mutaciones independientes ocurren en diferentes puntos en el mismo gen».

Cuando el gen Argonaute5 está defectuoso, el proceso de silenciamiento, que normalmente bloquea el pigmento oscuro y da como resultado frijoles amarillos, ya no puede llevarse a cabo. El defecto genético explica por qué los pigmentos oscuros aparecen en las alubias.

Antes del descubrimiento del equipo, había muy pocos ejemplos de cómo funcionan las interacciones de genes para lograr el silenciamiento en sistemas naturales. Hoy en día, los bioingenieros utilizan tecnologías de ingeniería genética para silenciar genes y producir un resultado deseado, ya sea el color de la flor, la resistencia a enfermedades, la fotosíntesis mejorada o cualquier cantidad de aplicaciones novedosas.

«El color amarillo en la soja podría haber sido modificado si no hubiera ocurrido de forma natural», dice Vodkin, «pero habría costado millones de dólares y cada soja amarilla sería un organismo modificado genéticamente. La naturaleza lo diseñó primero». Ella dice que este estudio también enfatiza el valor de la colección de germoplasma de soja , que preserva la diversidad con fines de investigación y mejoramiento.

El artículo, «Las mutaciones en Argonaute5 iluminan las interacciones epistáticas de los loci K1 e I que conducen a patrones de color de semillas en silla de montar en Glycine max», se publica en The Plant Cell .


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