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La duplicación de genes antiguos dio a los pastos múltiples formas de esperar el invierno


Si alguna vez has cultivado zanahorias en tu jardín y no has visto nunca florecerlas, no culpes a tu falta de un pulgar verde.


Eric Hamilton, Universidad de Wisconsin-Madison

Las zanahorias, las remolachas y muchas otras plantas no florecerán hasta que hayan pasado el invierno . El frío prolongado les da la señal de florecer rápidamente una vez que llega la primavera, lo que proporciona a las plantas una ventaja en la carrera para producir semillas.

Pero el frío no siempre es necesario. En la década de 1930, dos científicos ingleses descubrieron que algunos cultivos de la familia de la hierba , como el centeno o el trigo, pueden usar días cortos en lugar de fríos para decirles cuándo ha llegado el invierno.

“Pero no se sabía nada sobre cómo funciona”, dice Rick Amasino, profesor de bioquímica y genética en la Universidad de Wisconsin-Madison.

Ahora, más de 80 años después, Daniel Woods y otros en el grupo de Amasino finalmente han descubierto cómo los pastos cuentan los cortos días de invierno para prepararse para la floración. En la mayoría de las plantas, una proteína llamada florigen induce la floración durante los días de alargamiento de la primavera y el verano. Las gramíneas tienen múltiples copias del gen florigen, gracias a una duplicación antigua en sus genomas. Una de esas copias ha sido reutilizada para ser expresada durante los cortos días de invierno, dando a algunos pastos una nueva forma de prepararse para la primavera.

El trabajo se publica el 8 de enero en la revista eLife . La nueva investigación proporciona información valiosa sobre cómo los pastos adaptados al invierno pueden florecer en primavera, lo que podría ser útil para mejorar los cultivos, como el trigo de invierno, que dependen de este proceso.

La vernalización, el requisito de un período de frío antes de que se produzca la floración, evolucionó varias veces en diversas familias de plantas. Los científicos creen que la vernalización permite que las plantas llenen un nuevo nicho, uno en el que acumulan energía un año y florecen rápidamente la próxima primavera antes de que otras plantas les den sombra o compitan. En el pasado, Amasino y su grupo identificaron genes que regulan la vernalización en un miembro de la familia de la col conocida como Arabidopsis.

Para obtener el uso de la duración del día como señal de invierno, el grupo de Amasino recurrió a Brachypodium, una hierba utilizada en el laboratorio que está relacionada con cultivos como el maíz, el arroz y el trigo. Encontraron que, de las 51 variedades de Brachypodium, 40 podían percibir días cortos como un signo de invierno, lo que muestra que existe una variación para este rasgo entre las variedades.

“Si tiene una variación, puede hacer genética”, dice Amasino, quien es miembro del Centro de Investigación de Bioenergía de Great Lakes, un instituto financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos con sede en UW-Madison.

Los investigadores señalaron la causa de esa variación a un cambio de una sola letra en un solo gen que es uno de los 14 duplicados del gen florigen.

El equipo descubrió que el duplicado, llamado FTL9, ha evolucionado para actuar como una especie de inverso de su genógeno principal. Donde florigen acumula en hojas durante largos días para causar la floración, FTL9 se acumula durante los días cortos de invierno. Mientras que suficiente florigen hace que la floración sea inevitable, FTL9 solo hace posible la floración al soltar los frenos de florigen una vez que llega la primavera.

Amasino se atreve a decir si las plantas han evolucionado para rastrear el invierno a través de días fríos o cortos, depende de dónde echen raíces. En climas más cálidos, el sol puede ser una mejor señal del invierno que la temperatura. Pero en las regiones más frías, podría ser mejor esperar a que pase el último peligro de las heladas antes de invertir en flores frágiles. En apoyo de esta idea, los Brachypodium adaptados para seguir días cortos fueron recolectados principalmente desde el Mediterráneo cálido.

Una mejor comprensión de cómo las plantas han evolucionado los sistemas para marcar el fin del invierno puede ayudar a los científicos a mantener los cultivos productivos, especialmente en un clima cálido. Debido a que las regiones de cultivo se calientan, los cultivos que siguen al sol siempre rastrearán las estaciones de manera confiable, incluso si el frío del invierno disminuye.

Más información: Daniel Woods et al. Se requiere un parálogo floral para la vernalización de días cortos en un pasto pooid , eLife (2019). DOI: 10.7554 / eLife.42153 

Referencia del diario: eLife  

Proporcionado por: University of Wisconsin-Madison

Información de: phys.org


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