Descubierto el gen clave del alcaloide tóxico de la cebada
Los investigadores han sentado las bases para mejorar la cebada
La cebada es uno de los cultivos de cereales más importantes a escala mundial. Muchos cultivares de cebada producen un alcaloide tóxico llamado gramina que afecta a la idoneidad de la cebada como forraje, pero también ayuda a protegerla de los patógenos. Hasta ahora, el potencial de manipulación de los niveles de gramina no se ha aprovechado para el fitomejoramiento, porque la base genética de la producción de gramina no se ha resuelto. Grupos de investigación del Instituto IPK Leibniz y de la Universidad Leibniz de Hannover desvelan ahora la vía biosintética completa de la gramina y demuestran cómo se puede introducir la biosíntesis de gramina en organismos modelo o eliminarla de la cebada. Los resultados se publican en la revista "Science".
Todas las plantas median en sus interacciones ambientales mediante señales químicas. Un ejemplo es el alcaloide gramina producido por la cebada, uno de los cereales más cultivados del mundo. La gramina protege contra los insectos herbívoros y los animales de pasto e inhibe el crecimiento de otras plantas. A pesar de su interés desde hace tiempo, el gen clave para la formación de la gramina seguía siendo difícil de encontrar.
Los investigadores descubrieron en la cebada un grupo de dos genes para la biosíntesis de la gramina. El primer gen (HvNMT) ya se había descubierto hace 18 años. En su estudio, los investigadores del IPK y de la Universidad Leibniz de Hannover han identificado ahora un segundo gen (AMI sintasa, HvAMIS), y han descubierto que ambos genes se encuentran próximos entre sí en el mismo cromosoma. Con este descubrimiento, la vía de biosíntesis de la gramina queda ahora completamente dilucidada.
"Descubrimos que AMIS es una enzima oxidasa que lleva a cabo un inusual reordenamiento oxidativo críptico del triptófano, lo que nos permite revisar la anterior propuesta biosintética de la década de 1960", afirma el Dr. John D'Auria, jefe del grupo de investigación "Diversidad Metabólica" del IPK. El Prof. Dr. Jakob Franke, jefe del grupo "Bioquímica de los metabolitos especializados de las plantas" de la Universidad Leibniz de Hannover, añade: "Nos sorprendió mucho el mecanismo enzimático hasta ahora desconocido por el que se forma la gramina. Al mismo tiempo, ahora tenemos la posibilidad de producir alcaloides biológicamente activos con métodos biotecnológicos sostenibles."
El equipo de investigación pudo producir gramina en levaduras y plantas modelo (Nicotiana benthamiana, Arabidopsis). "A diferencia de muchos otros metabolitos protectores de las plantas, la producción de gramina sólo requiere dos genes. Por lo tanto, utilizar nuestros hallazgos para aplicaciones prácticas es relativamente sencillo", subraya Ling Chuang, de la Universidad Leibniz de Hannover, uno de los primeros autores. "Además, la ingeniería genética de la cebada nos permitió producir gramina en una variedad de cebada no productora de gramina, y eliminar la producción de gramina en una variedad de cebada productora de gramina mediante la edición del genoma", explica la otra primera autora Sara Leite Dias, investigadora financiada por la Escuela Internacional de Investigación Max Planck en el IPK.
"Los resultados sientan las bases para producir gramina en organismos sin la capacidad nativa de sintetizarla con fines como agente fitosanitario natural, o para eliminar la gramina de la cebada y otras gramíneas para reducir la toxicidad hacia los rumiantes", afirma el Dr. John D'Auria. "Nuestros hallazgos sientan las bases para mejorar la cebada con el fin de aumentar su resistencia a las plagas, reducir su toxicidad para los rumiantes y contribuir a una gestión sostenible de las malas hierbas".
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.
Publicación original
Sara Leite Dias, Ling Chuang, Shenyu Liu, Benedikt Seligmann, Fabian L. Brendel, Benjamin G. Chavez, Robert E. Hoffie, Iris Hoffie, Jochen Kumlehn, Arne Bültemeier, Johanna Wolf, Marco Herde, Claus-Peter Witte, John C. D’Auria, Jakob Franke; "Biosynthesis of the allelopathic alkaloid gramine in barley by a cryptic oxidative rearrangement"; Science, Volume 383
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria alimentaria y de bebidas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de la industria de alimentos y bebidas le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
