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Navegando por el laberinto del maíz: una técnica para mapear los ‘interruptores de luz’ del genoma del maíz

Navegando por el laberinto del maíz: una técnica para mapear los 'interruptores de luz' del genoma del maíz
Las bolsas de polinización cubren las borlas de maíz en un campo de investigación de la Universidad Estatal de Florida para un experimento dirigido por el profesor de biología Hank Bass. Las bolsas evitan que las plantas sean polinizadas, lo que permite a los científicos evitar la contaminación de los especímenes que están investigando. Crédito: Jonathan Doster

Obtener una comprensión completa de cómo se regulan los genes es uno de los principales objetivos de los científicos de todo el mundo. Ahora, un profesor de la Universidad Estatal de Florida y sus socios de investigación han desarrollado una técnica que puede trazar casi todos los probables cambios regulatorios en un genoma.


por Kathleen Haughney, Universidad Estatal de Florida


Ese conocimiento podría resultar crítico para el campo de la agricultura, donde los científicos están constantemente tratando de mejorar el rendimiento de los cultivos al hacer que diferentes plantas, como el maíz o el trigo, sean más resistentes a fuerzas externas como la sequía, las inundaciones o los virus de las plantas.

«El conocimiento del panorama de la estructura del genoma debería ayudar a enfocar la edición del genoma y acelerar los esfuerzos de investigación aplicada más grandes, como los que guían la agricultura y la medicina de precisión», dijo el profesor de Ciencias Biológicas Hank Bass.

La investigación se publica en PLOS Genetics .

Los interruptores reguladores, controlados por factores de transcripción , son casi como interruptores de luz para los genes. Todos los genes tienen funciones específicas, pero algunos solo se activan brevemente durante las diferentes etapas de desarrollo. Cuando ese proceso sale mal, podría interrumpir la capacidad de una planta para desarrollarse correctamente o combatir enfermedades.

«Al crear un mapa robusto y preciso de los sitios reguladores y los factores de transcripción en el maíz, la expresión génica se puede optimizar al apuntar a estos sitios», dijo Savannah Savadel, la primera autora del artículo y alumna de la FSU que ahora está en la escuela de medicina de Baylor. Colegio de Medicina. «Esto podría significar plantas más sanas, mayor contenido de nutrientes, mejor crecimiento o resistencia a la sequía, que es una preocupación especialmente importante en áreas donde la agricultura es difícil».

Saber dónde se une un factor de transcripción al gen permite a los investigadores comprender la bioquímica de la regulación génica en contextos tanto normales como patológicos.

El maíz es una planta complicada que ha sido estudiada por cientos de investigadores porque es una buena especie genética modelo que también puede ayudar a arrojar luz sobre la genética de otras plantas. El genoma del maíz tiene alrededor de dos mil millones de pares de bases, unidades de ácidos nucleicos bicatenarios que son los componentes básicos del ADN. A modo de comparación, los humanos tienen alrededor de 2.900 millones de pares de bases.

Bass y sus colegas utilizaron su técnica, llamada MOA-seq, para mapear secuencias de ADN en pequeños trozos de aproximadamente 30 pares de bases. El método extrae núcleos celulares y aplica una enzima que funciona como sonda. Se difunde en el núcleo e identifica áreas del ADN que están abiertas a modificaciones por la unión del factor de transcripción.

Reducir el mapa de ADN a huellas más pequeñas de 30 pares de bases permitiría a los investigadores utilizar herramientas de edición de genes como CRISPR para modificar áreas específicas del gen.

«Encontramos los interruptores de luz con alta precisión en un tejido de prueba de prueba de concepto, la mazorca en desarrollo de una planta de maíz», dijo Bass. «La capacidad de llegar a este nivel de secuencia significa que puede buscar variación genética dentro de los sitios de unión para estos interruptores. Esto permite la agricultura de precisión».

Bass ha ido perfeccionando la técnica de creación de perfiles de sensibilidad a la cromatina durante la última década. Trabajó en este artículo con Thomas Hartwig, un investigador del Instituto Max Planck en Alemania, quien propuso una colaboración después de asistir a un taller que impartió Bass que enseñó a los investigadores cómo usar el método. Savadel realizó muchos de los experimentos como parte de sus honores en la tesis principal en el estado de Florida.

El profesor asociado de ciencia biológica de la FSU Jonathan Dennis y el profesor asociado de estadística Jinfeng Zhang contribuyeron a esta investigación, junto con los estudiantes graduados Zachary Turpin, Pei-Yau Lung y Xin Sui y el ex estudiante graduado de la FSU Daniel Vera. Wolf Frommer y Max Blank del Instituto Max Planck también contribuyeron a este estudio.



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