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Estudio revela que hay más genes activos en maíces de alto rendimiento

Cuando dos líneas endogámicas de maíz se cruzan entre sí, se produce un efecto interesante: la descendencia híbrida tiene un rendimiento significativamente mayor que cualquiera de las dos plantas originales. Los científicos de la Universidad de Bonn han investigado una serie de híbridos genéticamente distintos. Mostraron que la descendencia tenía muchos más genes activos que los las líneas parentales originales. Estos resultados pueden ayudar en el desarrollo de variedades de maíz incluso de mayor rendimiento. Se publican en la revista Current Biology.

Los fitomejoradores han sabido por mucho tiempo que el cruce de diferentes líneas endogámicas tiene un efecto positivo en el rendimiento. Sin embargo, las causas de este llamado “efecto de heterosis” (o “vigor híbrido”) son en gran parte confusas. “Por esa razón, echamos un vistazo más de cerca a una combinación específica de híbridos endogámicos hace unos años”, explica el Prof. Dr. Frank Hochholdinger del Instituto de Ciencias de Cultivos y Conservación de Recursos (INRES) de la Universidad de Bonn. “Pudimos demostrar que la descendencia híbrida tiene muchos más genes activos que sus padres. Pero en ese momento, no sabíamos si esto se aplicaba solo a esta combinación específica de plantas parentales, o si era un mecanismo general”.

En el presente estudio, los científicos examinaron no solo una, sino seis diferentes combinaciones de híbridos endogámicos. Las líneas endogámicas parentales se relacionaron lejanamente y se distribuyeron uniformemente en todo el árbol filogenético del maíz. Esto es casi como emparejar un perro salchicha con un perro pastor, luego un perro callejero, y finalmente con un labrador.

“Ahora hemos analizado qué genes se transcribieron en las plantas originales y cuáles en la descendencia”, explica Jutta Baldauf de INRES. “Esto confirmó los hallazgos de nuestro trabajo anterior: los híbridos siempre contenían un número mucho mayor de genes activos que sus padres”.

La complementación hace que el maíz sea más productivo

Las plantas de maíz contienen dos variantes de cada gen, también conocidas como alelos. Uno de estos alelos proviene de la hembra, el otro del padre masculino. A menudo no son igualmente activos, con una variante que se lee con más frecuencia que la otra. Algunos alelos incluso pueden estar completamente apagados.

Como la propagación de líneas endogámicas significa que se autopolinizan durante muchas generaciones, los dos alelos de la mayoría de sus genes son idénticos. Esto puede llevar a que ciertos genes no se transcriban (o expresen) en absoluto. Sin embargo, estos genes pueden estar activos en otra línea endogámica. Si estas líneas parentales ahora se cruzan entre sí, los genes activos de uno de los padres complementan los genes inactivos del otro progenitor en la descendencia.

“En promedio, contamos más genes activos en la descendencia”, explica Baldauf. Y no solo algunos más: los científicos calculan que la ganancia genética oscila entre 500 y 600 genes activos adicionales en promedio. El material genético del maíz comprende alrededor de 40,000 genes en total. “La complementación de los genes SPE – abreviación que significa” expresión monoparental”, podría ser uno de los factores por los que los híbridos funcionan mejor que sus padres”, dice el profesor Hochholdinger.

El maíz tiene muchos genes que se han mantenido prácticamente sin cambios durante millones de años. Estos genes “viejos” son tan importantes para la planta que las mutaciones en ellos pueden afectar dramáticamente el rendimiento de la planta. Por el contrario, la mayoría de los genes SPE se desarrollaron más tarde en el curso de la evolución. No asumen funciones clave vitales y, por lo tanto, pueden estar activas en una línea endogámica de maíz, pero no en otra. Muchos de ellos pertenecen a ciertos grupos de los llamados factores de transcripción. Estas son proteínas que regulan la actividad de otros genes.

Los resultados pueden facilitar el cultivo de variedades de maíz de mejor rendimiento a mediano plazo. “Con los genes SPE, proporcionamos a los cultivadores de plantas marcadores genéticos para este propósito”, enfatiza Hochholdinger. “Es posible elegir socios de hibridación específicos sobre la base de estos marcadores, lo que podría resultar en híbridos particularmente de alto rendimiento”. Estos son inmensamente importantes para la nutrición a largo plazo de la creciente población mundial: los expertos anticipan que los rendimientos agrícolas tienen que aumentar en un 70% para 2050. El maíz ya es el cultivo más productivo en la actualidad; por lo tanto, juega un papel particularmente importante en la nutrición.

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