junio 29, 2022

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La búsqueda de genes lleva a los investigadores a resolver el misterio de la inhibición del alargamiento de la arista en el sorgo


A lo largo de los años, la domesticación de gramíneas como el trigo, el arroz, la cebada y el sorgo para el consumo ha resultado en ciertas modificaciones en su morfología. 


por la Universidad de Okayama


Una de esas modificaciones es la eliminación parcial o completa de las «aristas», que son los apéndices en forma de cerdas o agujas que se extienden desde la punta de la lemma en las espiguillas de las gramíneas. El awn protege los granos de los animales, promueve la dispersión de semillas y ayuda en la fotosíntesis en pastos como la cebada y el trigo. Sin embargo, su presencia también dificulta la recolección manual y reduce su valor como alimento para el ganado, lo que explica su eliminación durante la domesticación.

En el pasado, los estudios genéticos han revelado el mecanismo subyacente al desarrollo de las aristas en cultivos como el arroz y el trigo. Estos indican la posibilidad de la existencia de redes genéticas complejas y distintas que controlan la formación de aristas de una manera específica de especie. De hecho, la existencia de un gen inhibidor de awn en el sorgo se identificó en 1921, pero no se caracterizó a partir de entonces. Ahora, un grupo de investigadores, dirigido por el Prof. Wataru Sakamoto de la Universidad de Okayama e incluido el Prof. Hideki Takanashi de la Escuela de Graduados en Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad de Tokio, finalmente ha arrojado luz sobre este tema. Su investigación se publicó en Plant & Cell Physiology el 30 de mayo de 2022.

Justificando el fundamento detrás del estudio de la inhibición de la arista en el sorgo, el Prof. Sakamoto dice que «el sorgo es un cultivo C 4 importante para alta biomasa y bioenergía. Tiene una alta tolerancia a la sequía, además de ser el quinto cultivo de cereal más grande. Además, es un cultivo morfológicamente diverso con un tamaño de genoma relativamente pequeño, lo que lo hace adecuado para estudios genéticos en varios rasgos agronómicos».

La búsqueda de genes lleva a los investigadores a resolver el misterio de la inhibición del alargamiento de la arista en el sorgo
La imagen de la izquierda (WT) muestra la formación de aristas en los granos de arroz Kasalath y la imagen de la derecha (+SbDAI) muestra los granos sin aristas formados con la introducción del gen DAI. Crédito: Hideki Takanashi de la Universidad de Tokio

Para el propósito de este estudio, se creó una población endogámica recombinante derivada de un cruce entre variedades de sorgo «sin arista» (BTx623) y «arista» (Takakibi NOG). «La perspectiva de la búsqueda de genes en el sorgo utilizando la población que generamos durante los últimos diez años fue motivadora», comenta el Prof. Sakamoto. Usando la secuenciación de próxima generación , los investigadores establecieron un mapa genético de alta densidad de este cultivar recombinante. A continuación, realizaron un análisis cuantitativo de loci de rasgos del germoplasma de sorgo para identificar el gen que controla el desarrollo de la arista. También realizaron estudios de asociación de todo el genoma para identificar los orígenes del gen inhibidor de awn. Por último,

Los investigadores observaron que aproximadamente la mitad de la población de cultivares recombinantes estudiada no desarrolló aristas, al igual que su progenitor sin aristas. Además, encontraron que un solo locus en el cromosoma del cultivar es responsable de regular la ausencia y el acortamiento de las aristas en los cultivares estudiados. Identificaron el gen correspondiente a este locus como DOMINANT AWN INHIBITOR, o DAI.

Los investigadores encontraron que DAI codifica una proteína de la familia ALOG, que regula negativamente la formación de aristas como factor de transcripción. Curiosamente, cuando se introdujo DAI en el cultivar de arroz aristado, suprimió la formación de aristas. En palabras del Prof. Sakamoto, «Fue sorprendente que DAI también inhiba el alargamiento de las aristas en los granos de arroz, porque tales genes no se han informado en el arroz. Por lo tanto, la eliminación de las aristas en los granos de cereales se ha producido de manera diferente entre los cultivos de cereales, pero el mecanismo puede ser compartida entre ellos».

En resumen, este estudio ha establecido la importancia de DAI para el desarrollo de cultivares modernos sin arista. Además, apunta a la existencia de un mecanismo común de inhibición de awn, a pesar de la existencia de inhibidores específicos de especie. En el futuro, se necesita más análisis para comprender la regulación transcripcional de DAI además de aclarar la asociación de DAI con la domesticación del sorgo . Como señala el Prof. Sakamoto, «A largo plazo, la comprensión de los rasgos genéticos que afectan a los cereales puede ayudarnos a crear nuevas variedades».


Más información: Hideki Takanashi et al, DOMINANT AWN INHIBITOR Codifica la proteína ALOG que se origina a partir de la duplicación de genes e inhibe la elongación de AWN mediante la supresión de la proliferación y elongación celular en sorgo, 

fisiología vegetal y celular (2022). 

DOI: 10.1093/pcp/pcac057



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