Una rara mutación de la cebada con potencial
A menudo se subestima la importancia del sistema radicular para el nivel de los rendimientos agrícolas. El hecho de que las raíces puedan acceder eficazmente al agua y a los nutrientes también determina la resistencia de los cultivos importantes a la sequía y al cambio climático. Investigadores de las universidades de Bonn y Bolonia (Italia) han descubierto y descrito un mutante en la cebada: Sus raíces crecen significativamente más inclinadas hacia abajo de lo normal. Este descubrimiento ofrece potencialmente un punto de partida para la obtención de variedades más resistentes a la sequía. El estudio se ha publicado en PNAS.
izquierda: Raíces de cebada de siete días del mutante egt2: crece estrictamente hacia abajo (hipergravitrópico). ; r: A modo de comparación, la raíz sin la mutación egt2: crece en anchura y, por tanto, abre un mayor volumen de suelo en busca de nutrientes.
Gwendolyn Kirschner
La cebada es uno de los cereales más importantes. Sus usos van desde la elaboración de cerveza hasta los grañones, la cebada perlada, los copos de cebada y la harina de cebada. Hace algún tiempo, unos científicos dirigidos por el Prof. Dr. Silvio Salvi, de la Universidad de Bolonia, descubrieron un inusual mutante de la cebada: sus raíces no se extienden hacia los lados como lo hacen normalmente, sino que crecen directamente hacia abajo. Los científicos llamaron a este mutante "hipergravitrópico", es decir, que sigue la gravedad con mucha más fuerza que sus congéneres. Los equipos dirigidos por el Prof. Dr. Frank Hochholdinger, del Instituto de Ciencias de los Cultivos y Conservación de los Recursos (INRES) de la Universidad de Bonn, y el Prof. Salvi, junto con otros colegas, investigaron las causas de esta situación.
Los investigadores compararon el genoma del mutante con plantas de cebada de crecimiento normal. Descubrieron una mutación en el cromosoma número cinco, que denominaron "gravitropismo mejorado 2" (egt2), que significa "orientación mejorada a la gravedad". El "2" indica que el equipo tiene otro estudio en curso sobre una mutación similar (egt1). Los científicos demostraron que la egt2 es efectivamente responsable de las raíces de crecimiento pronunciado hacia abajo creando artificialmente dicha mutación en plantas de cebada de expresión normal utilizando las tijeras genéticas CRISPR/Cas9. "El resultado muestra un aspecto similar de las raíces", informa la primera autora, la Dra. Gwendolyn K. Kirschner, del INRES de la Universidad de Bonn. "Esto nos permitió demostrar que habíamos identificado el gen correcto".
Raíces en elescáner de resonancia magnética
Los científicos cultivaron las pequeñas plantas de cebada en papel de lija o en tierra y registraron los ángulos de las raíces con un escáner y un software especial. También utilizaron recursos del Centro de Investigación de Jülich: allí, la cebada creció en "macetas" especiales que encajan en un tomógrafo de resonancia magnética. Con el procedimiento de imagen, los científicos "brillaron a través" del suelo y registraron el crecimiento de las raíces de esta manera.
Las plantas con la mutación egt2 reaccionan de forma mucho más sensible a la influencia de la gravedad que los ejemplares normales. Los científicos lo demostraron colocando las raíces de las plántulas de cebada giradas 90 grados respecto a la dirección de la gravedad. "Como resultado, las raíces de los mutantes crecieron con mucha más fuerza en la dirección de la gravedad que las de los especímenes de comparación sin esta mutación", dice el Dr. Kirschner.
La mutación es rara
La mutación no se produce con frecuencia. "Muchos mutantes tienen raíces más cortas o no las tienen", dice Hochholdinger. "Pero las mutaciones que conducen a diferentes ángulos de la raíz son relativamente raras de encontrar". Junto con científicos del Centro John Innes de Norwich (Reino Unido), el equipo ha podido demostrar que un mutante muy similar existe también en las plantas de trigo. "Esto demuestra que el gen está conservado evolutivamente", informa Hochholdinger. Esto significa que este gen desempeña un papel importante no sólo en la cebada, sino también en otros cereales importantes. Hochholdinger: "Así que vale la pena examinarla más de cerca".
Según los científicos, el descubrimiento de la mutación ofrece un punto de partida potencial para una nueva cría. "Las raíces más empinadas son ventajosas a la hora de aprovechar los recursos hídricos y los nutrientes móviles a mayor profundidad", dice Hochholdinger. Por otra parte, un sistema radicular más amplio penetra en un mayor volumen de suelo y, por tanto, puede aprovechar los nutrientes en una zona más amplia y proporciona a las plantas una mayor estabilidad. Por lo tanto, depende de la ubicación respectiva qué sistema radicular ofrece las mejores condiciones para obtener buenos rendimientos. En las regiones más secas, podría tratarse de raíces más empinadas, y en las regiones pobres en nutrientes, de raíces más superficiales y extendidas.
Punto de partida para la obtención de variedades adaptadas a la sequía
"Hasta ahora, las raíces se han descuidado en gran medida en la obtención", dice Hochholdinger. Pero debido al aumento de los periodos de sequía como consecuencia del cambio climático, la arquitectura del sistema radicular podría ser de gran importancia en el futuro. Entonces, el mutante con las raíces verticales podría desempeñar un papel en la producción de variedades adaptadas al cambio climático. Los investigadores aún no han podido descifrar la función molecular exacta del gen. Sin embargo, los científicos de la Universidad de Bonn quieren investigar qué vías de señalización influye el mutante en las plantas de cebada en el estudio en curso.
Instituciones participantes y financiación:
Además de las Universidades de Bonn y Bolonia, participan en el estudio las Universidades de Gießen y Colonia, el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Cultivos Vegetales de Gatersleben, el Centro de Investigación Jülich, el Crop Bioninformatics de INRES y el John Innes Centre Norwich. El proyecto fue financiado principalmente por la Fundación Alemana de Investigación.
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 Alemán se puede encontrar aquí.
Publicación original
Gwendolyn K. Kirschner, Serena Rosignoli, Li Guo, Isaia Vardanega, Jafargholi Imani, Janine Altmüller, Sara G. Milner, Raffaela Balzano, Kerstin A. Nagel, Daniel Pflugfelder, Cristian Forestan, Riccardo Bovina, Robert Koller, Tyll G. Stöcker, Martin Mascher, James Simmonds, Cristobal Uauy, Heiko Schoof, Roberto Tuberosa, Silvio Salvi, and Frank Hochholdinger: ENHANCED GRAVITROPISM 2 encodes a STERILE ALPHA MOTIF-containing protein that controls root growth angle in barley and wheat, PNAS
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