Un gen mutante del maíz aumenta el azúcar en las semillas y en las hojas, lo que podría conducir a la obtención de un mejor cultivo
La acumulación anormal de carbohidratos -azúcares y almidones- en los granos y las hojas de una línea mutante de maíz puede atribuirse a un gen mal regulado, y ese descubrimiento ofrece pistas sobre cómo la planta afronta el estrés.
Se utilizó maíz transgénico marcado con fluorescencia para detectar la acumulación anormal de proteínas en los mutantes. La imagen superior izquierda muestra tres mazorcas en luz brillante, y la imagen superior derecha muestra las mismas tres mazorcas en luz azul. La presencia y la ausencia de fluorescencia verde ayudan a identificar fácilmente las semillas mutantes. Las imágenes inferiores muestran la acumulación de proteínas en las semillas en desarrollo de los controles (izquierda) y de los mutantes (derecha).
Debamalya Chatterjee/Penn State
Las semillas recogidas se diseccionaron y conservaron para realizar nuevos experimentos. Los investigadores descubrieron que el gen mutante ufo1 del maíz afecta a la diferenciación celular, influye en la acumulación de carbohidratos y hormonas en la planta y modula los patrones de expresión de genes esenciales implicados en el desarrollo de las semillas de maíz.
Debamalya Chatterjee/Penn State
Debamalya Chatterjee, estudiante de doctorado en agronomía de Penn State, que encabezó la investigación, recogiendo semillas en desarrollo de las mazorcas de maíz polinizadas en el invernadero del Departamento de Ciencias Vegetales para su análisis.
Surinder Chopra/Penn State
Esta es la conclusión de los investigadores de Penn State, cuyo estudio anterior descubrió el gen ufo1 del maíz, responsable de la creación de la línea de maíz mutante. Ahora están evaluando sus efectos y su potencial para incluirlos en la obtención de nuevas líneas de maíz más capaces de prosperar en un mundo que se calienta. El hallazgo de mayores niveles de azúcar en los tejidos de la planta en su último estudio es otro aspecto que los genetistas de plantas deben tener en cuenta.
"Este descubrimiento tiene implicaciones para la seguridad alimentaria y la obtención de nuevas líneas de cultivo que puedan hacer frente a un clima cambiante; en el caso del maíz, aún queda mucho por hacer", dijo Surinder Chopra, profesor de genética del maíz en la Facultad de Ciencias Agrícolas. "De hecho, hay una gran diversidad genética y fenotípica en el maíz, y podemos utilizar esa diversidad y plantear la pregunta: "¿Cómo se distribuye el gen ufo1 en las 10.000 líneas de germoplasma existentes?".
¿Pueden los genetistas de plantas seleccionar parte de esa diversidad e incorporar el gen ufo1 para mejorar el maíz? Esa es la pregunta a la que Chopra intenta dar respuesta, empezando por este nuevo estudio que ha encontrado niveles elevados de azúcar en las semillas y las hojas de la línea de maíz mutante.
¿Qué rasgos pueden mejorarse en el maíz con la ayuda del gen ufo1?
"Ciertamente, la tolerancia al estrés, pero también es probable que el desarrollo de las semillas, que tiene implicaciones en el rendimiento de las semillas, así como la mejora de la biomasa", dijo Chopra. "Y nos gustaría desarrollar un tipo de planta mejor que pudiera crecer en un cultivo más denso, y aún así ser más productiva. Y, por último, tenemos que estudiar la resistencia y la sostenibilidad. ¿Podemos criar líneas de maíz que obtengan la misma cantidad de rendimiento con menos insumos de fertilizantes y que necesiten menos agua?"
Chopra empezó a investigar el gen ufo1 del maíz por su asociación con una pigmentación naranja/roja en la línea de maíz mutante. El célebre genetista del maíz Charles Burnham, de la Universidad de Minnesota, identificó este llamativo mutante ufo1 hacia 1960. Otro conocido genetista de maíz, Derek Styles, de la Universidad de Victoria (Canadá), alumno de Burnham, eligió entonces el nombre, que significa "factor inestable del naranja".
En 1997, Styles envió a Chopra semillas de la línea mutante. Desde entonces, introgresó sus genes en una línea endogámica mantenida por su grupo de investigación en Penn State. En 2019, Chopra resolvió el misterio genético detrás de ufo1.
Sin embargo, resulta que el gen controla muchas características de las plantas más allá de la pigmentación. Aun así, ufo1 es solo un gen, y no funciona solo en el genoma del maíz, señaló Chopra.
Hay más de 30.000 genes en la planta de maíz, por lo que es importante saber cómo interactúa ufo1 con otros genes antes de que los genetistas de plantas puedan utilizarlo en la obtención de un nuevo tipo de cultivo, añadió. "Para pasar al aspecto de la cría, primero tenemos que aprender cómo funciona realmente este gen", dijo Chopra. "Tenemos que saber cómo se asocia con las proteínas, y conocer esas interacciones proteicas será el objetivo de futuras investigaciones".
Pero por ahora, este estudio reveló cómo se modifica la acumulación de azúcares en las semillas de maíz en presencia o ausencia del gen ufo1, según Debamalya Chatterjee, estudiante de doctorado en agronomía, que encabezó la investigación.
"Más adelante, podríamos utilizar este conocimiento del gen ufo1 en la mejora genética, para realizar mejores cruces que den lugar a híbridos más resistentes y productivos, en los que los azúcares y los almidones estén en equilibrio", dijo.
Los investigadores han dado hoy (3 de mayo) un paso en esa dirección al publicar sus hallazgos en Plant Physiology, informando de que el gen mutante ufo1 del maíz afecta a la diferenciación celular, influye en la acumulación de carbohidratos y hormonas en la planta y modula los patrones de expresión de genes esenciales implicados en el desarrollo de las semillas de maíz.
Todos los materiales vegetales analizados en el estudio se cultivaron durante los veranos 2016-2020 en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson, en Rock Springs, y en instalaciones de invernadero y cámara de crecimiento de plantas en el campus de Penn State University Park. Los inbreds y los stocks genéticos se obtuvieron del Centro de Cooperación Genética del Maíz gestionado por el Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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