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La pérdida de una molécula de microARN aumenta la producción de arroz


El arroz silvestre consumido por nuestros ancestros neolíticos era muy diferente del arroz domesticado que se consume hoy. Aunque no está claro cuándo los humanos comenzaron a cultivar arroz, los campos de arroz más antiguos, en el valle del río Yangzi, se remontan al año 4000 a.


Sociedad Americana de Biólogos de Plantas.

 Durante su larga historia de cultivo, se eliminaron las plantas de arroz con rasgos que reducen el rendimiento o impiden la cosecha (por ejemplo, la fragmentación del grano), mientras que aquellas con rasgos que aumentan el rendimiento (por ejemplo, estructuras de floración altamente ramificadas) se seleccionaron y propagaron. Aunque las plantas de arroz resultantes son superproductores que alimentan a gran parte de la población mundial, dependen de la asistencia humana y no pueden soportar las duras condiciones ambientales.

Los científicos pueden examinar la base genética de algunos de los cambios que tuvieron lugar durante la domesticación del arroz comparando los genes de las plantas de arroz cultivadas con las de sus parientes de arroz silvestre . Utilizando este enfoque, se han identificado y estudiado varios genes clave que se modificaron durante la domesticación, como los que afectan la fragmentación del grano. La mayoría de estos genes codifican factores de transcripción que se unen a otros genes y regulan su actividad.

Un equipo de investigadores del Centro Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto de Investigación Fundamental Tata en India, dirigido por el Dr. PV Shivaprasad, se preguntó si otro tipo de regulador molecular, llamado microRNAs, también contribuyó a la domesticación del arroz. Los microARN regulan genes diana específicos al unirse a las copias de ARN del gen y, junto con otras moléculas, bloqueando su actividad o cortándolas en pequeños fragmentos. En casos especiales, los fragmentos de ARN resultantes desencadenan una cascada de silenciamiento, que detiene la actividad de los genes que son similares al gen objetivo inicial.

Los investigadores compararon las poblaciones de microARN de líneas de arroz índica de alto rendimiento con las de arroz salvaje y varias variedades de arroz tradicionales. Se destacó una especie de microARN: miR397 se acumuló a niveles altos en las hojas bandera de arroz silvestre, pero fue apenas detectable en las otras plantas analizadas. Los científicos demostraron que miR397 silenció a varios miembros de la familia de genes de lacasa a través de una cascada de silenciamiento. Genes de lacasa, de los cuales hay 30 en el genoma del arroz., codifican proteínas que promueven la formación de tejido leñoso, proporcionando así resistencia mecánica. Al silenciar un subconjunto de estos genes, miR397 redujo enormemente la formación de tejido leñoso. Además, cuando los científicos expresaron transgénicamente el gen que codifica miR397 en el arroz domesticado, las plantas resultantes fueron más similares a las plantas de arroz salvaje que a las domesticadas, con tallos largos y delgados; hojas estrechas y cortas; pocas estructuras florales; Y apenas hay granos de arroz . En efecto, el equipo despenalizó parcialmente el arroz al aumentar los niveles de una sola especie de microARN.

Estos hallazgos plantean preguntas intrigantes. Si el silenciamiento de varios genes de lacasa modificando los niveles de miR397 afecta negativamente el rendimiento, ¿la regulación al alza de la expresión de este mismo conjunto de genes de lacasa aumentaría la producción de grano? Además, ¿reducir los niveles de miR397 en las plantas de arroz silvestres y, por lo tanto, elevar la represión de los genes de la lacasa, mejorar los rendimientos, al tiempo que conserva los rasgos que permiten a las plantas silvestres prosperar en ambientes hostiles? «miR397 y genes de lacasase superponen con regiones genómicas desconocidas que se predice que estarán involucradas en el rendimiento del arroz. La modificación de su expresión en especies silvestres y arroz cultivado sería útil para mejorar el rendimiento y otros caracteres beneficiosos. Esperamos que nuestro hallazgo promueva la investigación futura para identificar otros cambios asociados con la domesticación de las plantas, lo que impulsará una mayor mejora en los cultivos para el futuro «, afirma el Dr. Shivaprasad.

Más información: Chenna Swetha, Debjani Basu, Kannan Pachamuthu, Varsha Tirumalai, Ashwin Nair, Melvin Prasad y PV Shivaprasad. (2018). Los principales fenotipos relacionados con la domesticación en el arroz índico se deben a la pérdida de silenciamiento de lacasa mediada por miRNA. Plant Cell doi.org/10.1105/tpc.18.00472 

Referencia del diario: Célula vegetal  

Proporcionado por: American Society of Plant Biologists

FUENTE: phys.org


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