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Semillas malas: cómo el linaje parental puede determinar la viabilidad en híbridos de tomate

Semillas malas: cómo el linaje parental puede determinar la viabilidad en híbridos de tomate
Semillas representativas para cada uno de los cuatro tipos de cruces, obtenidas 60 días después de la polinización. De izquierda a derecha, las barras cuantifican el número promedio de semillas por fruto en cruces entre plantas ‘sib’ de LA4329 ( S. chilense ), cruces híbridos con plantas LA1616 ( S. peruvianum) como donantes de polen, cruces híbridos con plantas LA4329 como donantes de polen, y entre plantas ‘hermanas’ de LA1616. Las proporciones de barras blancas corresponden a semillas viables, mientras que las proporciones grises indican semillas arrugadas y vacías. Tenga en cuenta los embriones enrollados en semillas normales de cruces dentro de la población (4329 sib y 1616sib) y las semillas planas e inviables (embriones abortados) de cruces híbridos, que son mucho más pequeños cuando LA4329 actúa como donante de polen. Barra de escala, 3 mm. Crédito: Thomas Städler, Instituto de Biología Integrativa y Centro de Ciencias Vegetales Zúrich-Basilea

Las semillas híbridas han aumentado drásticamente el rendimiento de cultivos a escala industrial como maíz, alfalfa y trigo. 


por Oxford University Press


Pero para los productores de tomates de traspatio, a veces los frutos de su trabajo pueden estar en barbecho, ya que el mestizaje entre especies de tomates silvestres a menudo produce semillas inviables.

Ahora, un grupo dirigido por Thomas Städler en el Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH Zurich), en colaboración con investigadores de la Universidad de Zurich, ha realizado el primer estudio para investigar los cambios en todo el genoma del mestizaje entre especies estrechamente relacionadas de tomates silvestres. . Querían explorar los culpables moleculares responsables del fracaso de la mayoría de las semillas híbridas para crecer a partir de cruces entre dos especies de tomates silvestres de América del Sur estrechamente relacionadas, S. peruvianum (que se encuentra en el suroeste de Perú) y S. chilense (del norte de Chile).

El nuevo estudio de Ana Florez-Rueda et al., Publicado en la edición avanzada en línea de la revista Molecular Biology and Evolution , ha evaluado si el fascinante y complejo fenómeno de la impronta genómica epigenética (un sesgo paterno o materno en cuanto a si un gen se enciende o apaga en la descendencia) podría estar contribuyendo a la muerte de las semillas. Se sabe que la impronta genómica es importante para el desarrollo normal de la semilla en plantas con flores y ocurre principalmente dentro del compartimiento endospermo nutritivo de la semilla, que contiene un genoma triploide con una proporción de 2: 1 de genomas maternos y paternos.

Usando herramientas de secuenciación de próxima generación y semillas microdiseccionadas con láser, de hecho encontraron en juego la impresión mal regulada. Se produjeron cambios en todo el genoma que eliminaron casi por completo la expresión génica fuertemente sesgada paternalmente en semillas del cruce de S. peruvianum con S. chilense (mamá x papá, y menos pronunciado en la otra dirección del cruce híbrido), afectando la regulación del gen central y posiblemente contribuyendo al fracaso de la semilla híbrida. El dominio relativo de la expresión materna puede ser un reflejo de los procesos postulados por la teoría del «parentesco» que establece que debería haber conflictos genéticos en funcionamiento entre genes derivados de la madre y el padre sobre la asignación de recursos de la madre a la descendencia.

Semillas malas: cómo el linaje parental puede determinar la viabilidad en híbridos de tomate
Secciones histológicas de semillas en desarrollo; una una semilla «normal» dentro de la especie y la otra una semilla híbrida defectuosa. Crédito: Thomas Städler

Los investigadores observaron un fuerte cambio en el endospermo híbrido hacia la expresión de genes derivados de la madre. Los autores plantean la hipótesis de que ha habido divergencia entre especies en la maquinaria de expresión génica y que el sesgo a favor de la maquinaria transcripcional materna favorecerá la transcripción de las transcripciones maternas. Esta hipótesis debería ser ampliamente aplicable a híbridos de plantas y podría ser un factor importante para explicar las diferencias en la viabilidad de semillas de cruces interespecíficos.

Los hallazgos proporcionan nuevos conocimientos sobre los factores que afectan las barreras a la hibridación en las plantas con flores, así como nuevos conocimientos sobre las fuerzas evolutivas moleculares en el trabajo que pueden promover el aislamiento reproductivo en especies recientemente divergentes.

«Nuestro trabajo debe verse como un estudio» piloto «que descubre fenómenos algo novedosos que necesitan explicaciones tanto mecanicistas como evolutivas, y no como una respuesta clara a un problema bien formulado», dijo Städler. «Desde el principio, sin embargo, sabíamos que tendríamos que desarrollar nuevas (pero simples) herramientas estadísticas para hacer un uso completo de las diferencias sutiles, a menudo heterocigóticas, de nucleótidos entre plantas parentales para permitir la asignación de proporciones de expresión materna y paterna en sus productos de fertilización». específicamente, el compartimiento del endospermo de la semilla. Por lo tanto, también hay un aspecto práctico en nuestro trabajo que probablemente sea útil para otros investigadores «.


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