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Descubren nuevo caso de transferencia horizontal de genes entre plantas

Claude dePamphilis, Professor of Biology in Penn State's Eberly College of Science, displays a broomrape, a parasitic plant growing from grindella, in the greenhouse adjacent to Buckhout Laboratory.

Las malas hierbas parasitarias disimuladas pueden robar genes de las plantas a las atacan y luego utilizar esos genes contra la planta huésped, según un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State).

En un nuevo estudio, los investigadores detectaron 52 incidentes de transferencia genética de ADN no sexual (conocida como transferencia horizontal de genes o THG) desde una planta huésped a miembros de una familia de plantas parásitas de la familia Orobanchaceae, dijo Claude dePamphilis, profesor de biología en Penn State. Los genes transferidos se volvieron entonces funcionales en las especies parasíticas. Aunque no es frecuente en plantas y otras especies complejas, THG ocurre en algunas plantas parasitarias, una idea que podría conducir a mejores métodos de control de plantas parasitarias que amenazan la agricultura, añadió.

“Estas plantas parásitas que estudiamos de la familia Orobanchaceae incluyen algunas de las malezas agrícolas más devastadoras del mundo”, dijo dePamphilis. “El descubrimiento de THG es realmente parte de nuestro esfuerzo para tratar de entender mejor cómo funcionan las plantas parásitas y cómo podemos controlarlas mejor. Nuestra esperanza es que podamos usar esta información para encontrar las mejores estrategias para generar o reproducir plantas huésped resistentes.”

Los investigadores, que publicaron sus hallazgos el 24 de octubre en el la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, sugieren que la transferencia podría aumentar la capacidad de la planta parásita para invadir a sus anfitriones y superar las defensas que el anfitrión crea para evitar el ataque. La THG también puede ayudar a reducir el riesgo de infección por los parásitos.

Mientras que la transferencia horizontal de genes en especies menos complejas, como las bacterias, son comunes, la mayoría de la evolución en organismos más complejos es impulsada por el intercambio sexual de ADN, junto con la mutación y la selección natural. Sin embargo, los investigadores sugieren que las conexiones de alimentación estrecha de las plantas parásitas con sus huéspedes pueden aumentar las posibilidades de genes intactos que viajan desde el huésped al genoma del parásito, donde puede rápidamente convertirse en funcional.

“Las plantas parásitas parecen tener una tasa mucho mayor de transferencia horizontal de genes que las plantas no parasitarias y creemos que esto se debe a su muy íntima conexión con su huésped”, dijo dePamphilis.

Las raíces del parásito entran en contacto con el huésped y luego comienzan a extraer agua, azúcares, nutrientes minerales e incluso ácidos nucleicos, incluyendo ADN y ARN, añadió.

“Por lo tanto, están robando genes de sus plantas huésped, incorporándolos en el genoma y luego volviendo esos genes de vuelta alrededor, muy a menudo, como un arma contra el anfitrión”, dijo dePamphilis.

Los agricultores de todo el mundo luchan con este tipo de plantas parásitas, que son tan numerosas en algunas zonas del mundo que se convierten en una fuente importante de pérdida de cultivos. En el África subsahariana, por ejemplo, la Striga es una de las fuentes más perjudiciales de pérdida agrícola, según DePamphilis.

Para detectar THG en las plantas, los investigadores utilizaron datos generados por su esfuerzo de investigación colaborativo financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (el Proyecto de Genoma de Plantas Parasitarias) para generar historias evolutivas de miles de genes en las plantas parasitarias, dijo DePamphilis.

Los investigadores se centraron en transcriptomas (las secuencias de ARN expresados por el gen) de tres plantas parásitas: Triphysaria versicolor; Striga hermonthica; y Phelipanche aegyptiaca, así como la planta no parasitaria Lindenbergia philippensis, y secuencias del genoma de otras 22 plantas no parasitarias. Debido a que los investigadores consideraron el ARN mensajero, que puede moverse entre los anfitriones y sus parásitos, como una posible fuente de las transferencias, probaron y volvieron a probar los datos para descartar el huésped experimental como la fuente del material genético. En lugar de ello, encontraron que las secuencias externas se habían derivado de genes enteros de plantas huésped anteriores y se incorporadas en los genomas de plantas parásitas.

Investigaciones futuras podrían investigar el mecanismo de THG para ayudar a mejorar las defensas de las plantas contra los ataques de plantas parásitas, dePamphilis dijo.

 

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