Una guía a través del genoma
Las plantas muestran una enorme variedad en rasgos relevantes para la mejora genética, como la altura de la planta, el rendimiento y la resistencia a las plagas. Uno de los mayores retos de la investigación vegetal moderna es identificar las diferencias en la información genética responsables de esta variación. Un equipo de investigación dirigido por el grupo de trabajo "Rendimiento de Cultivos" del Instituto de Fisiología Molecular de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) y la Institución Carnegie de Ciencias de Stanford ha desarrollado ahora un método para identificar con precisión estas diferencias especiales en la información genética. Utilizando el ejemplo del maíz, demuestran el gran potencial de su método en la revista Genome Biology y presentan regiones del genoma del maíz que pueden ayudar a aumentar el rendimiento y la resistencia a las plagas durante el fitomejoramiento.
Guía a través del genoma del maíz: Un método recientemente desarrollado permite identificar las diferencias en la información genética responsables de la variación de los rasgos vegetales entre distintas variedades. Esto puede utilizarse para la mejora selectiva con vistas a aumentar el rendimiento, por ejemplo.
Paul Schwaderer, andriigorulko / valiantsin – stock.adobe.com
El ADN de todos los organismos es el código que los rige. Incluye los genes que codifican las proteínas y determinan las características inherentes de un organismo. Además, hay otras secciones importantes del ADN, en particular las regiones que controlan la regulación de los genes, es decir, cuándo, en qué condiciones y hasta qué punto se activan los genes.
Sin embargo, en comparación con los genes, estas regiones reguladoras -también conocidas como "elementos cis"- son difíciles de encontrar. Sin embargo, son precisamente los cambios en estos elementos del ADN los principales responsables de las diferencias entre organismos y, por tanto, entre variedades de plantas.
En las últimas décadas, los investigadores han descubierto que las regiones reguladoras son los sitios de unión de proteínas específicas. Éstas, denominadas factores de transcripción, determinan cuándo y durante cuánto tiempo se activan los genes.
El Dr. Thomas Hartwig, coautor del artículo y director del grupo de investigación sobre Rendimiento de Cultivos del Instituto de Fisiología Molecular de la HHU y el Instituto Max Planck de Investigación sobre Mejora Vegetal (MPIPZ) de Colonia: "Encontrar las pocas variaciones que son clave para cambiar rasgos como la resistencia a plagas entre los millones y millones de diferencias genómicas no causales es la búsqueda definitiva de una aguja en un pajar".
"A diferencia de los genes codificadores de proteínas, los sitios reguladores no suelen poder identificarse basándose únicamente en la secuencia. Esto hace que sean muy difíciles de localizar. Nuestro método utiliza plantas híbridas para medir los efectos directos de la variación en la secuencia del ADN sobre la unión de factores de transcripción", afirma el autor principal, el profesor Dr. Zhi-Yong Wang, de la Institución Carnegie para la Ciencia.
El estudio se desarrolló en colaboración con investigadores del Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivo (IPK) de Gatersleben, así como de la Universidad de Nebraska-Lincoln y la Universidad Estatal de Iowa, en Estados Unidos.
Utilizando híbridos, es decir, la primera generación de plantas creada mediante el cruce de dos variedades, el equipo de investigación puede comparar qué regiones reguladoras difieren en todo el genoma. La coautora, la Dra. Julia Engelhorn: "Nuestro método analítico nos permite medir con precisión si los factores de transcripción se unen más al genoma materno o al paterno". Este procedimiento también ha permitido al equipo identificar miles de diferencias asociadas a rasgos como el rendimiento y la resistencia a plagas en el maíz.
La tecnología se demostró para un factor de transcripción de la vía de los brasinoesteroides, una hormona relacionada con el crecimiento y las enfermedades. El Director del Instituto, el Profesor Dr. Wolf B. Frommer: "El equipo ha identificado miles de variaciones genómicas que pueden explicar por qué una variedad de maíz se comporta de forma diferente en términos de rendimiento o resistencia a las enfermedades. Además, el equipo ha podido demostrar que estas diferencias son casi a partes iguales genéticas y epigenéticas". Esta última describe procesos que influyen en la actividad de los genes sin estar codificados en la propia secuencia de ADN.
Uno de los principales resultados del estudio es una lista de más de 6.000 regiones del genoma que pueden ser objeto de mejora genética. Entre ellas, las regiones a través de las cuales se expresan rasgos positivos en determinadas variedades de maíz de los que carecen otras plantas.
Hartwig: "Saber en qué partes del genoma pueden aplicarse los métodos modernos de mejora para transferir características de unas variedades a otras es de gran importancia para la biotecnología. Nuestro estudio puede servir de guía sobre cómo encontrar estas interesantes regiones del genoma". El profesor Frommer añade: "Los resultados del estudio sientan las bases para utilizar técnicas modernas para cultivar nuevas variedades de maíz combinando hábilmente las variantes óptimas".
El estudio recibió financiación a través del Cluster de Excelencia CEPLAS de la HHU, la Fundación Alemana de Investigación (DFG), la Institución Carnegie para la Ciencia, el Profesor Alexander von Humboldt Wolf B. Frommer, los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. y el Ministerio de Economía, Turismo, Agricultura y Silvicultura de Sajonia-Anhalt.
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