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Rasgos de granos trazados a la ‘materia oscura’ del genoma del arroz


El arroz domesticado tiene granos de semillas más gordos con un mayor contenido de almidón que sus parientes de arroz silvestre, el resultado de muchas generaciones de clasificación y siembra preferenciales de semillas. 


por la Universidad de Washington en St. Louis


Pero a pesar de que el arroz fue el primer cultivo en secuenciarse por completo, los científicos solo han documentado algunos de los cambios genéticos que convirtieron al arroz en un alimento básico para más de la mitad de la población mundial.

Una nueva investigación ahora encuentra que una cantidad considerable de cambios relacionados con la domesticación en el arroz refleja la selección de rasgos que están determinados por una porción del genoma que no transcribe proteínas.

Xiaoming Zheng, biólogo del Instituto de Ciencias de Cultivos de la Academia China de Ciencias Agrícolas, es el primer autor de un artículo recientemente publicado en Science Advances , «Los análisis de todo el genoma revelan el papel de la variación no codificante en rasgos complejos durante la domesticación del arroz «. Qingwen Yang y Jun Liu, también del Instituto de Ciencias de Cultivos de la Academia China de Ciencias Agrícolas, y Kenneth M. Olsen de la Universidad de Washington en St. Louis también están comunicando a los autores de este artículo.

Se sospecha que los ARN no codificantes desempeñan papeles muy importantes en la regulación del crecimiento y el desarrollo, pero apenas comienzan a caracterizarse.

«A pesar de casi 20 años de estudios de genómica y genoma de domesticación de cultivos, todavía sabemos muy poco acerca de la base genética de la mayoría de los rasgos de domesticación en la mayoría de las especies de cultivos», dijo Olsen, profesor de biología en Artes y Ciencias de la Universidad de Washington.

«Los primeros estudios tendían a buscar ‘fruta baja’, rasgos simples que estaban controlados por solo uno o dos genes con mutaciones fácilmente identificables», dijo Olsen. «Mucho más difícil es descubrir los cambios de desarrollo más sutiles que fueron críticos para muchos de los cambios durante la domesticación de los cultivos.

«Este estudio ofrece un paso en esa dirección, al examinar un mecanismo regulador que ha sido crítico para modular los cambios asociados con la domesticación en el desarrollo del grano de arroz».

Diversidad de rasgos

Una gran proporción del ADN en los cromosomas de muchas plantas y animales comprende genes que no codifican instrucciones para fabricar proteínas, hasta el 98% del genoma de una especie determinada. Pero esta información genética es poco conocida. Algunos científicos han llamado a estas cosas la ‘materia oscura’ del genoma, o incluso lo han descartado como ‘ADN basura’, pero parece haber jugado un papel descomunal en el desarrollo del arroz.

En este estudio, los investigadores descubrieron que los cambios clave que ocurrieron durante la domesticación del arroz hace más de 9,000 años podrían relacionarse con moléculas llamadas ARN de larga duración (lncRNA), una clase de moléculas de ARN con una longitud de más de 200 nucleótidos.

Alrededor del 36 por ciento de la información genética registrada en el genoma del arroz puede rastrearse a regiones no codificadas, pero más del 50 por ciento de la diversidad de rasgos importantes para la agricultura está vinculada a estas mismas áreas, encontraron los investigadores.

«Por primera vez, los lncRNAs en la región no codificante de arroz cultivado y arroz silvestre fueron profundamente anotados y descritos», dijo Zheng.

«Nuestros experimentos transgénicos y el análisis genético de la población demuestran de manera convincente que la selección de los lncRNA contribuyó a los cambios en la calidad del grano de arroz domesticado al alterar la expresión de genes que funcionan en la síntesis de almidón y la pigmentación del grano», dijo.

Trabajando con varios cientos de muestras de arroz y más de 260 Gbs de secuencia, los investigadores emplearon técnicas de detección sensibles para cuantificar y rastrear de manera sólida la transcripción de lncRNA en arroz. El nuevo estudio valida algunos lncRNA previamente identificados y también proporciona nueva información sobre moléculas previamente no descritas.

Este nuevo estudio agrega combustible a la especulación de algunos investigadores de que la mayoría de las diferencias adaptativas entre grupos de plantas o animales se deben a cambios en la regulación génica y no a la evolución de proteínas.

«En base a nuestros hallazgos, proponemos que la selección de lncRNAs podría ser un mecanismo más amplio por el cual los patrones de expresión génica de todo el genoma pueden evolucionar en muchas especies», dijo Zheng.

Este estudio sobre el arroz también abre los ojos y posiblemente nuevas puertas para producir nuevos cultivos y granos a través de la cría de precisión.


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