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Genes identificados en descendientes de plantas terrestres tempranas también se encuentran en cultivos modernos


Desde que llegaron a la tierra, es probable que las plantas hayan estado utilizando las mismas herramientas genéticas para regular si crecen o se reproducen. El descubrimiento se realizó utilizando hepática, un descendiente de las primeras plantas que se mudaron de los antiguos océanos a la tierra.


por la Universidad de Tokio


Las hepáticas crecen en todo el mundo y se asemejan al musgo, extendiéndose en suelo húmedo bajo algo de sombra. Las versiones masculinas y femeninas de la hepática se reconocen por estructuras únicas en forma de paraguas que se disparan desde la base de la planta.

«Las hepáticas tienen la máxima potencia con la menor estructura», dijo el profesor Yuichiro Watanabe, del Departamento de Ciencias de la Vida de la Universidad de Tokio, experto en biología molecular de plantas.

El genoma de la hepática es estructuralmente simple en comparación con las plantas con flores que se usan comúnmente en los laboratorios de investigación, como el tabaco y el berro de thale ( Arabidopsis ). Las plantas con flores son evolutivamente plantas «más jóvenes» que las hepáticas, con duplicaciones de genes y redundancias que hacen que el estudio de sus genomas sea más complicado.

A pesar de esa simplicidad, el genoma de la hepática parece tener las mismas etapas del ciclo de vida y poderes para regularlos.

Similitudes de genoma

Todo el genoma de la especie de hepática Marchantia polymorpha fue secuenciado por primera vez en 2017 por un equipo internacional, que incluyó a varios investigadores que también participaron en el análisis de genes recientemente publicado.

Para crecer o florecer: los genes identificados en los descendientes de plantas terrestres tempranas también se encuentran en cultivos modernos
Las hepáticas normalmente brotan estructuras distintivas masculinas (fila superior, izquierda) y femeninas (fila inferior, izquierda) cuando se reproducen. Cuando los investigadores de la Universidad de Tokio modificaron genéticamente las plantas para que carecieran de microRNA156 / 529, las plantas desarrollaron órganos reproductivos en sus estructuras vegetativas, que se llaman thalli. Los thalli normales (centro) son de color verde sólido con bordes lisos. MicroRNA156 / 529 knockout thalli macho (arriba a la derecha) eran transparentes en los bordes y microRNA156 / 529 knockout thalli hembra (abajo a la derecha) desarrollaron bordes irregulares. Publicado originalmente por Current Biology , DOI: 10.1016 / j.cub.2019.07.084 Crédito: Tsuzuki et al., 2019, CC-BY-SA

Cuando examinaron el genoma completo, los investigadores descubrieron que incluso la hepática simple tiene alrededor de 100 tipos diferentes de una molécula pequeña, llamada microARN, que regula la actividad de otros genes.

Alrededor de ocho de los microARN de hepática eran casi idénticos a los microARN de berro de thale conocidos. Estos ocho microARNs fascinaron a los investigadores porque las plantas ancestrales que evolucionaron en hepáticas modernas y berros modernos se dividieron hace más de 450 millones de años.

«Entonces, ¿por qué quedarse con ellos? Queremos saber qué están haciendo esos microARN compartidos, y las hepáticas ahora son un modelo conveniente para que lo investiguemos», dijo Watanabe.

Para crecer o reproducirse

La mayoría de los mamíferos, incluidos los humanos, nacen con las células que necesitarán como adultos para producir su propia descendencia. Sin embargo, las plantas desarrollan sus células reproductivas solo después de pasar de la etapa vegetativa, cuando crecen nuevas hojas o se hacen más grandes, a la etapa reproductiva.

Uno de los microARN que ayuda a las plantas con flores a controlar el cambio a la etapa reproductiva es también uno de los ocho microARN compartidos entre el berro y las hepáticas. Ese microARN es conocido por los investigadores como microARN156 / 529.

To grow or to flower: Genes IDed in early land plant descendant also found in modern crops
El profesor Yuichiro Watanabe supervisó un proyecto de investigación que investiga el papel del microARN que regula el ciclo de vida de las hepáticas. Crédito: Universidad de Tokio, CC-BY-ND-SA

Para precisar el papel potencial de este microARN conservado evolutivamente, el grupo de investigación de Watanabe creó una versión genéticamente modificada de hepática que carecía de microARN156 / 529. Los denominados hepáticos de microRNA156 / 529 produjeron células reproductivas en sus tejidos vegetativos en lugar de desarrollar las estructuras reproductivas normales en forma de paraguas que distinguen a machos y hembras.

«Esto fue sorprendente para nosotros. Esas hepáticas omitieron parte del proceso reproductivo y el cuerpo mismo se convirtió en el órgano reproductor», dijo Watanabe.

La identificación de la misma molécula con un papel similar en el cambio vegetativo a reproductivo en especies de plantas tan diferentes revela que microRNA156 / 529 y las otras moléculas con las que interactúa son parte de un importante módulo de control utilizado por potencialmente todas las plantas terrestres para regular su reproducción. sincronización.

Watanabe imagina que en el futuro, los agricultores podrían medir la cantidad de microRNA156 / 529 en los cultivos para predecir los tiempos de cosecha.

«Esperamos que nuestros resultados inspiren a otros a desarrollar nuevas aplicaciones para la reproducción de plantas», dijo Watanabe.

El estudio se publica en Current Biology .


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