Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Laboratorio encuentra un nuevo gen esencial para hacer mazorcas de maíz


Un equipo de científicos liderado por la genética de maíz de la Universidad de Missouri, Paula McSteen, ha identificado un gen esencial para la formación de las mazorcas en el maíz.


Universidad de Missouri-Columbia


La nueva investigación, que aparece en la revista Molecular Plant , amplía la creciente comprensión biológica de cómo se desarrollan las diferentes partes de las plantas de maíz , que es información importante para un cultivo que es un pilar del suministro mundial de alimentos.

«El maíz es un cultivo de vital importancia, y los oídos son el órgano más crucial para el rendimiento de las plantas. Conocer los genes que controlan este proceso y cómo funcionan juntos a nivel molecular es crucial para los esfuerzos por aumentar el rendimiento de los cultivos», dijo McSteen, quien es profesor asociado de ciencias biológicas en la Facultad de Artes y Ciencias y investigador principal en Christopher S. Bond Life Sciences Center. «La información que obtenemos del maíz también es probable que sea aplicable a otros cereales, incluidos el arroz y el trigo, porque también forman granos en las ramas».

Los investigadores encontraron que un gen llamado tallo estéril2, o ba2, afecta el desarrollo de meristemas axilares, que son células especiales que dan origen a los oídos. A medida que una planta de maíz crece, estas células se forman en los nodos a lo largo del tallo. Estos nodos se ven como pequeños surcos, o hendiduras, en el tallo. Cuando la planta está lista para hacer oídos, estas células comienzan a dividirse y brotan del tallo. Estos brotes se alargan para formar los brotes de la oreja y finalmente se convierten en las orejas que se pueden cosechar. El proceso se inicia mediante la entrega de una hormona, llamada auxina, a los nodos que le indican a las células que hagan oídos.

Para encontrar los genes necesarios para producir órganos como los oídos o cualquier otra cosa, los genetistas buscan plantas que no puedan hacer el órgano adecuadamente. Las plantas con mutaciones en el gen ba2 nunca hacen oídos, de ahí el nombre de «tallo estéril». Las plantas mutantes no tienen los surcos donde se formarían las orejas, lo que sugiere que el gen funciona temprano, antes de que se forme el auricular. El mutante ba2 se descubrió en una gran pantalla genética para plantas de maíz incapaces de hacer oídos, y el gen se identificó mediante el mapeo molecular del cromosoma 2.

Las pantallas anteriores como esta identificaron una mutación en un gen diferente, llamada estéril estéril1 o ba1, que también es esencial para hacer una oreja. Este otro gen juega un papel clave en una vía de señalización molecular que controla el desarrollo del oído. Para probar si las plantas de tallo estéril recientemente identificadas tienen un problema diferente, los investigadores realizaron cruces genéticos, conocidos como prueba de complementación, y concluyeron que el fenotipo que observaron en su planta fue causado por una mutación en un gen totalmente diferente.

«Curiosamente, este es realmente un caso perdido», dijo McSteen. «Descubrimos que nuestra mutación había sido identificada y caracterizada anteriormente en 1930, pero que se había perdido en algún momento en los años intermedios. Es emocionante haber podido redescubrirla y agregarla de nuevo a las acciones».

A través de una serie de análisis adicionales, los científicos descubrieron que el gen ba2 interactúa genéticamente con el gen ba1 y que las proteínas correspondientes forman un complejo. Ba2 también interactúa con otros genes conocidos para regular ba1. Juntos, estos hallazgos demuestran que ba2 está en la misma vía de señalización molecular que ba1 y que los dos genes trabajan en conjunto para regular el desarrollo de los oídos.

«El objetivo final es identificar a todos los actores genéticos involucrados en el control de cómo y cuándo se hacen las mazorcas de maíz. Al identificar este nuevo gen y demostrar que forma un complejo con BA1 para controlar el desarrollo de meristemas, hemos podido aportar esta importante historia más larga de lo que se había conocido anteriormente «, dijo McSteen.

Otros investigadores involucrados en el estudio incluyeron a Andrea Skirpan con la Universidad de Penn State; Brian Waddell y Simon Malcomber con la Universidad Estatal de California; y Hong Yao, Michaela S. Matthes, Norman Best, Tyler McCubbin, Amanda Durbak y Taylor Smith con la Universidad de Missouri.

En un artículo de revisión que se acompaña en el mismo número de la revista, McSteen y sus colegas describen el estado actual de la investigación genética sobre la auxina en el maíz, el arroz y la arabidopsis. La revisión se enfoca en particular en los genes que se sabe que están involucrados en «activar» la hormona auxina y llevarla al lugar correcto en la planta.

«Es importante entender la auxina porque lo controla todo. Comprender la función de los genes involucrados en la síntesis, el transporte y la señalización de la auxina ha sido difícil debido a una redundancia en la función y expresión de los genes. Pero ahora con nuevas herramientas de edición de genes, como CRISPR Tecnología, todos están entusiasmados por poder hacer esto «, dijo McSteen.

El artículo de investigación, titulado » El gen del tallo estéril2 es necesario para el desarrollo de meristemas axilares en el maíz » y el artículo de revisión titulado » Auxin EvoDevo: Conservación y diversificación de genes que regulan la biosíntesis, el transporte y la señalización de la auxina «, se publicó en el número de marzo. de la revista Molecular Plant .


Más información: Hong Yao et al. El gen del tallo estéril 2 es necesario para el desarrollo de meristemas axilares en maíz, planta molecular (2019). DOI: 10.1016 / j.molp.2018.12.024

Michaela Sylvia Matthes et al. Auxin EvoDevo: Conservación y diversificación de genes que regulan la biosíntesis, el transporte y la señalización de auxinas, planta molecular (2018). DOI: 10.1016 / j.molp.2018.12.012Información del diario: Planta molecular.Proporcionado por la Universidad de Missouri-Columbia


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