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Científicos de cultivos descubren un gen que controla la forma de la fruta


Los científicos de cultivos han clonado un gen que controla la forma de los tomates, un descubrimiento que podría ayudar a desentrañar el misterio detrás de las enormes diferencias morfológicas entre las frutas y verduras comestibles, así como a proporcionar una nueva perspectiva sobre los mecanismos del desarrollo de las plantas.


El gen, denominado SUN, es solo el segundo que desempeña un papel importante en la forma alargada de varias variedades de tomate, dijo Esther van der Knaap, investigadora principal del estudio y profesora asistente de horticultura y ciencias de cultivos en la Universidad Estatal de Ohio en Ohio. Centro de Investigación y Desarrollo Agropecuario (OARDC) en Wooster.

El descubrimiento se informó, como artículo de portada, en el número del 14 de marzo de la revista Science .

Uno de los cultivos de hortalizas más diversos en cuanto a la forma y las variaciones de tamaño, los tomates han evolucionado desde un antepasado salvaje muy pequeño y redondo a una gran variedad de variedades cultivadas: algunas grandes y segmentadas, otras con forma de pera, otras ovaladas y otras con apariencia de chile Pimientos – disponibles a través de la mayoría de los catálogos de semillas y para la venta en supermercados. Sin embargo, se sabe muy poco sobre la base genética de tales transformaciones en los tomates, y prácticamente nada se ha discernido acerca de los cambios morfológicos en otras frutas y verduras.

«Los tomates son el modelo en este campo emergente de estudios de morfología de la fruta», señaló van der Knaap. “Estamos tratando de entender qué tipo de genes causaron el enorme aumento en el tamaño de la fruta y la variación en la forma de la fruta a medida que se domesticaban los tomates. Una vez que conozcamos todos los genes que se seleccionaron durante ese proceso, podremos reconstruir la forma en que la domesticación dio forma a la fruta del tomate y obtener una mejor comprensión de lo que controla la forma de otros cultivos muy diversos, como los pimientos, pepinos y calabazas. . ”

Una de las primeras piezas del rompecabezas de desarrollo de frutas de van der Knaap es SUN, que toma su nombre de la variedad cultivada «Sun 1642» donde se encontró: un tomate de tipo roma de forma ovalada con un extremo puntiagudo. El gen también resultó ser muy común en las variedades de reliquia alargadas, como el tomate «alemán alemán» parecido al pimiento Poblano.

«Después de observar toda la colección de germoplasma de tomate que pudimos encontrar, notamos que había algunas variedades que tenían una forma de fruta muy alargada», explicó van der Knaap. “Mediante el análisis genético, redujimos la región del genoma que controla esta forma de fruta muy alargada, y finalmente redujimos esa región a una sección más pequeña que podríamos secuenciar para encontrar qué tipo de genes estaban presentes en esa ubicación.

«Al hacer eso», continuó van der Knaap, «identificamos un gen candidato clave que se activó a niveles altos en las variedades de tomate que llevan el tipo de fruta alargada, mientras que el gen se desactivó en la fruta redonda. Y después de que confirmamos esa observación en varias otras variedades, encontramos que este gen siempre fue muy altamente expresado en variedades que llevan fruta muy alargada «.

Una vez que se identificó SUN, el siguiente paso consistió en probar si este gen era realmente responsable de causar cambios en la forma de la fruta. Para ello, van der Knaap y su equipo realizaron varios experimentos de transformación de plantas. Cuando el gen SUN se introdujo en plantas de tomate silvestres y redondas, terminaron produciendo frutos extremadamente alargados. Y cuando el gen fue «eliminado» de las plantas frutales alargadas, produjeron frutos redondos similares a los tomates silvestres.

«SUN no nos dice exactamente cómo se modifica el fenotipo de la forma de la fruta, pero lo que sí sabemos es que activar el gen es muy importante para obtener una fruta alargada», dijo van der Knaap. «Ahora podemos avanzar y hacer la pregunta: ¿Este mismo gen, o un gen que está estrechamente relacionado en secuencia, controla la morfología de la fruta en otras verduras y cultivos frutales?»

Algo que van der Knaap y su equipo descubrieron es que SUN codifica a un miembro del dominio IQ67 de proteínas vegetales, llamado IQD12, que determinaron que era suficiente, por sí solo, para hacer tomates alargados en lugar de redondos durante los experimentos de transformación de plantas. .

IQD12 pertenece a una familia de proteínas cuyo descubrimiento es relativamente nuevo en el mundo de la biología. Tan nuevo que IQD12 es solo el segundo dominio que contiene proteína IQ67 cuya función en las plantas ha sido identificada. El otro es AtIQD1, descubierto en el modelo de planta Arabidopsis thaliana, que pertenece a la misma familia que el brócoli y la col. En Arabidopsis, AtIQD1 aumenta los niveles de glucosinolato, un metabolito que los investigadores del Estado de Ohio están estudiando en brócoli por su posible papel en la inhibición del cáncer.

«A diferencia de AtIQD1, SUN no parece estar afectando los niveles de glucosinolato en el tomate, ya que estos metabolitos no se producen en las plantas de la familia Solanaceous (que incluye tomate, pimientos, berenjenas y otros cultivos populares)», explicó van der Knaap. «Pero parece haber un vínculo común entre los dos genes, que es que pueden estar regulando los niveles de triptófano en la planta». Por lo tanto, SUN puede contarnos más sobre todo el proceso de diversificación de frutas y especies de plantas, quizás a través de su impacto en las hormonas de las plantas y / o en los niveles de metabolitos secundarios «.

En el proceso de identificación y clonación de SUN, el equipo de van der Knaap también pudo rastrear el origen de este gen y el proceso por el cual residió en el genoma del tomate.

Otra característica única del gen SUN es que afecta la forma de la fruta después de la polinización y la fertilización, con las diferencias morfológicas más significativas encontradas en el desarrollo de la fruta cinco días después de la floración de la planta. El único otro gen de la forma de la fruta identificado previamente: OVATE, un descubrimiento del criador de plantas de la Universidad de Cornell Steven Tanksley, el asesor de van der Knaap cuando era un asociado posdoctoral, influye en el aspecto futuro de una fruta antes de la floración, al principio del ovario. desarrollo.

Fuente: Universidad Estatal de Ohio


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