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Científicos descubren un mecanismo genético que podría mejorar el rendimiento potencial en cultivos de cereales

Resolver los desafíos mundiales de alimentos, piensos animales y bioenergía requiere la integración de múltiples enfoques y diversas habilidades. Andrea Eveland, Ph.D., miembro asistente del Donald Danforth Plant Science Center, junto a su equipo identificó un mecanismo genético que controla los rasgos de desarrollo relacionados con la producción de cereales. El trabajo se realizó en Setaria viridis, un sistema modelo emergente para pastos que está estrechamente relacionado con los cultivos de cereales económicamente importantes como el maíz, el sorgo, el pasto varilla y la caña de azúcar.

Los hallazgos de la investigación del laboratorio de Eveland se publicaron recientemente en la revista The Plant Cell. En su estudio, se mapeó un locus genético en el genoma de S. viridis que controla el crecimiento de ramas estériles llamadas cerdas o pelos, que se producen en las inflorescencias de algunas especies de gramíneas. Su investigación reveló que estas cerdas estériles están inicialmente programadas para ser espiguillas; estructuras específicas de la hierba que producen flores y granos. El trabajo de Eveland demostró que la conversión de una espiguilla en una cerda se determina temprano en el desarrollo de la inflorescencia y está regulada por una clase de hormonas vegetales llamadas brasinoesteroides (BR), que modulan una gama de procesos fisiológicos en el crecimiento, desarrollo e inmunidad de las plantas. Además de convertir una estructura estéril en una semilla, la investigación también mostró que la alteración localizada de la síntesis de BR puede conducir a la producción de dos flores por espiguilla en lugar de la única que se forma típicamente. Por lo tanto, estos fenotipos dependientes de BR representan dos vías potenciales para mejorar la producción de granos en el mijo, además de los cultivos de subsistencia que en muchos países en desarrollo permanecen en gran medida sin explotar por mejoradores genéticos.

“Este trabajo es una gran demostración de cómo se puede aprovechar Setaria viridis para obtener conocimientos fundamentales sobre los mecanismos que rigen la producción de semillas en los pastos; nuestro grupo más importante de plantas incluye maíz, sorgo, arroz, trigo y cebada”, dijo Thomas. Brutnell, Ph.D., Director del Enterprise Institute for Renewable Fuels, Centro Danforth. “También vale la pena señalar que este proyecto fue concebido y el trabajo se inició después de que el Dr. Eveland se unió al Danforth Center, una hazaña impresionante para un miembro de la facultad que habla de las ventajas de trabajar en un sistema modelo y del gran equipo que ha reunido en el Centro Danforth”.

En el Centro Danforth, la investigación de Eveland se centra en los mecanismos de desarrollo que controlan los rasgos de la arquitectura de las plantas en los cultivos de cereales. Específicamente, ella investiga cómo se forman los órganos desde las células madre, y cómo la variación en las redes reguladoras de los genes subyacentes puede modular con precisión la forma de la planta. Su equipo integra enfoques computacionales y experimentales para explorar cómo las perturbaciones a estas redes de genes pueden alterar la morfología, tanto dentro de una especie como a través de las gramíneas, con el objetivo final de definir objetivos para mejorar el rendimiento de grano en cereales.

“Las herramientas genéticas y genómicas que están surgiendo para Setaria permiten una disección más rápida de vías moleculares como esta, y nos permiten manipularlas directamente en un sistema que está estrechamente relacionado con los cultivos alimentarios que intentamos mejorar”, dijo Eveland. “Significa que estamos mucho más cerca de diseñar e implementar arquitecturas óptimas para los cultivos de cereales. La perspectiva de aprovechar estos hallazgos para mejorar los pastos relacionados que también son especies de cultivos huérfanos, como el mijo perla y la cola de zorro, es especialmente emocionante”.

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