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Cambios epigenéticos pueden ayudar a producir cultivos con mejor adaptación a climas hostiles

Los experimentos de selección con Arabidopsis muestran que la variación epigenética también está sujeta a selección y se puede heredar. (Imagen: UZH)

Los cambios epigenéticos pueden provocar nuevas características físicas sin alterar la secuencia de los genes. Esto puede permitir que las plantas respondan más rápido a los cambios en su entorno. Los biólogos de plantas en la Universidad de Zurich ahora han demostrado que la variación epigenética también está sujeta a selección y puede ser heredada. Esto podría ampliar las posibilidades del mejoramiento de cultivos.

[Epigenética: Se define como el estudio de los mecanismos que regulan la expresión de los genes sin una modificación en la secuencia del ADN. Establece la relación entre las influencias genéticas y ambientales que determinan las características físicas de un organismo – o fenotipo.]

La secuencia de genes que se transmite a las células hijas o la descendencia no es el único factor que determina las características de las células y los organismos. Los cambios químicos en el material genético que no alteran la secuencia de ADN subyacente también desempeñan un papel en el control de qué genes están activos o inactivos. La metilación es una de esas marcas epigenéticas, que implica la adición de pequeños grupos químicos a bases específicas en el ADN. El papel de la herencia de la variación epigenética en humanos y mamíferos es controvertido; sin embargo, hay varios ejemplos de herencia epigenética en plantas.

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Adaptabilidad gracias a la epigenética

Los biólogos de plantas de la Universidad de Zurich ahora han demostrado que la variación epigenética que se produce naturalmente en la planta modelo Arabidopsis thaliana está sujeta a selección. El equipo de Ueli Grossniklaus en el Departamento de Biología de Plantas y Microorganismos también mostró que los rasgos recientemente seleccionados, que son importantes para la dispersión de semillas, se transmiten por al menos dos o tres generaciones, incluso sin selección. “La variación epigenética contribuye así a la capacidad de las plantas para adaptarse rápidamente a los cambios en el entorno sin cambios de secuencia en el genoma”, explica Grossniklaus.

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Selección de plantas con dispersión efectiva de semillas

En su experimento, los biólogos de plantas simularon un entorno rápidamente cambiante. Seleccionaron las poblaciones de Arabidopsis en cinco generaciones de acuerdo a lo lejos que dispersaron sus semillas. Solo las semillas que se propagaron a ubicaciones a cierta distancia de la planta madre se utilizaron para la generación posterior. Luego, los investigadores tomaron las semillas de tres poblaciones independientes con una dispersión efectiva de semillas y las cultivaron junto con semillas de la población original no seleccionada, pero esta vez en un entorno sin presión de selección. Las poblaciones de plantas se examinaron en profundidad después de otras dos generaciones.

Análisis de la actividad genética, genoma y epigenoma

“Pudimos demostrar que en las plantas seleccionadas, dos características que son importantes para la dispersión de semillas fueron diferentes en comparación con la población original. Las plantas florecieron más tarde y tuvieron un mayor número de ramas”, dice Grossniklaus. Estos cambios no pudieron rastrearse hasta mutaciones en el genoma de las plantas. Sin embargo, los investigadores encontraron diferencias significativas en el epigenoma: el estado de metilación se alteró en aproximadamente 50,000 bases en el ADN. También se encontraron diferencias en la actividad de los genes que controlaban la floración, por ejemplo.

A.- La planta de Arabidopsis seleccionada (izquierda) tiene más ramas que la planta original no seleccionada (derecha). | B.- En las plantas de Arabidopsis originales, el tiempo de floración comienza antes, reconocible por los tallos de flores más largos en comparación con las poblaciones seleccionadas. | C.- Debido a la variación epigenética, las plantas de Arabidopsis seleccionadas florecen más tarde – reconocibles por los tallos de flores más cortos en comparación con la población original. | Imagen: UZH

Nuevas oportunidades para el mejoramiento de cultivos

Incluso en condiciones ambientales normales sin selección, los nuevos rasgos se mantuvieron durante al menos dos o tres generaciones. “Al igual que la variación genética, la variación epigenética está sujeta a selección y contribuye a la diversidad de los rasgos de las plantas. Dado que la base genética de los cultivos es a menudo muy limitada, la epigenética podría usarse para expandir el material para el fitomejoramiento”, enfatiza Grossniklaus. Es probable que el cambio climático altere las condiciones ambientales en muchas de las regiones del mundo en un corto período de tiempo. Las especies de plantas que pueden adaptarse rápidamente a los cambios son cada vez más importantes.

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