Un equipo dirigido por el genetista de soja Jianxin Ma de la Universidad Purdue ha desarrollado una nueva herramienta biotecnológica para la domesticación de rasgos deseables de la soja silvestre, como la resistencia a las plagas de insectos saltahojas.
por Steve Koppes, Universidad Purdue
El uso de tales herramientas, llamado domesticación de novo, facilita a los científicos diseñar mejoras de cultivos a partir de soja silvestre.
«La domesticación de un cultivo especializado a partir de su progenitor silvestre solía llevar a los antiguos agricultores miles de años. Ahora puede que a nosotros sólo nos lleve unos pocos años», dijo Ma, profesor de agronomía y Cátedra de Mejoramiento de la Soja de la Indiana Soybean Alliance. Utilizando parientes de la soja silvestre , los científicos pueden utilizar métodos de edición de genes para modificar genes que creen nuevas variedades más adecuadas para la producción agrícola.
Esto es posible gracias al descubrimiento de dos genes de ARN largos no codificantes (lncRNA) con una propiedad inusual. Los genes comparten el mismo locus genético: se encuentran uno al lado del otro en el mismo cromosoma. Pero estos genes controlan múltiples rasgos. Generalmente, un gen controla un rasgo.
Ma y 12 coautores de Purdue y otras instituciones de EE. UU. y China publicaron sus resultados en Nature Genetics . El estudio identifica los primeros genes de ARN largos no codificantes en cualquier especie animal o vegetal domesticada que pueda ser objeto de selección humana.
El coautor Blake Meyers, de la Universidad de California, Davis, destacó cómo el trabajo integró diferentes enfoques y descubrimientos relacionados con el lncRNA.
«El uso de un enfoque más tradicional para mapear los rasgos agronómicos de la soja condujo al descubrimiento de una base molecular única y compartida. Los rasgos son diversos e incluyen el tamaño de las hojas y los tallos, pero también la resistencia a los insectos», dijo Meyers, profesor distinguido de ciencias vegetales en Universidad de California Davis.
«Resulta que estos rasgos están regulados de una manera inusual, por genes que no parecen producir una proteína, a diferencia de la mayoría de los genes, y en cambio producen ARN largos no codificantes. El laboratorio de Jianxin hizo un excelente trabajo al caracterizar el mecanismo regulador y los pasos que llevaron a al surgimiento evolutivo de este locus genético único», dijo Meyers.
El coautor Randall Nelson, profesor emérito de mejoramiento de soja en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, elogió la sinergia entre los programas de investigación que produjeron resultados que probablemente no se hubieran logrado individualmente.
«Mi programa se basa en gran medida en el campo y desarrollamos una población única de líneas a partir de un cruce entre soja y soja silvestre para mapear genes asociados con la domesticación. El laboratorio de Jianxin pudo utilizar creativamente estas líneas para identificar un nuevo control genético de las principales diferencias entre la soja y la soja silvestre», afirmó Nelson.
«Estos resultados no sólo contribuyen a nuestra comprensión de modos alternativos de control genético sino que también contribuyen a nuestra comprensión de la domesticación», dijo. «En el futuro, estos resultados ayudarán en el proceso de utilización de la diversidad genética no explotada de la soja silvestre».
Los antiguos agricultores domesticaron hace siglos la variedad moderna de soja ampliamente producida, llamada Glycine max, de Glycine soja, una especie silvestre. Los genes lncRNA recién descubiertos se expresan altamente en la soja silvestre.
«Altamente expresado significa que pueden hacer más copias de ARN mensajero con estructuras específicas para producir más copias de ARN pequeño, que inhiben la expresión de varios genes codificadores de proteínas que subyacen a estos rasgos relacionados con la domesticación. Pero esos dos genes se expresan pobremente en la soja cultivada, » Dijo mamá. «Son funcionales en la soja silvestre, pero ahora no lo son en la soja cultivada porque se produjo una mutación de forma natural».
La soja silvestre tiene pequeñas semillas, flores y hojas. Todo crece en la soja cultivada. La forma pubescente de la soja cultivada también produce tallos y hojas más largos en formas que brindan resistencia a plagas de insectos como los saltamontes.
En la domesticación de cultivos, los agricultores seleccionan plantas para aumentar su idoneidad para las necesidades humanas. Buscan características como el sabor y plantas con más semillas y más grandes que conduzcan a un mayor rendimiento. El proceso de domesticación, sin embargo, reduce la diversidad genética, la base de la cría moderna.
La soja domesticada moderna sufre de esta diversidad genética reducida, lo que hace que sea más urgente comprender la diversidad genética más amplia de las especies silvestres. Con el conocimiento de los genes responsables de diversos rasgos, los genetistas de la soja pueden utilizar métodos moleculares para integrarlos en nuevas variedades domesticadas.
La tecnología de edición genética aumenta su capacidad para traducir la investigación básica en el desarrollo de nuevas variedades de soja con composición de semillas, características nutricionales, contenido de aceite, proteínas y aminoácidos esenciales mejorados, por ejemplo.
«Consideramos a nuestro equipo como buscadores de genes que buscan variaciones genéticas para mejorar la soja para los agricultores de Indiana y de todo el país», dijo Ma. «Nuestro laboratorio y nuestros colegas identificaron previamente varios genes que subyacen a otros rasgos relacionados con la domesticación. Este conocimiento recopilado ha hecho factible la domesticación de novo de la soja silvestre y sus parientes».
Más información: Weidong Wang et al, Los ARN largos no codificantes subyacen a múltiples rasgos de domesticación y resistencia a los saltahojas en la soja, Nature Genetics (2024). DOI: 10.1038/s41588-024-01738-2
