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La biotecnología puede ayudar a aumentar el rendimiento de arroz en el mundo en desarrollo

El arroz silvestre consumido por nuestros ancestros en el periodo neolítico era muy diferente del arroz domesticado que se consume actualmente. 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.c. Durante su larga historia de cultivo, se eliminaron las plantas de arroz con características que reducen el rendimiento o impiden la cosecha (por ejemplo, la fragmentación del grano), mientras que aquellas con características que aumentan el rendimiento (por ejemplo, estructuras de flores 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.

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Los científicos pueden examinar la base genética de algunos de los cambios que tuvieron lugar durante la domesticación del arroz comparando los genes en 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.

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Un equipo de investigadores del Centro Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Tata de Investigación Fundamental en la India dirigido por el Dr. P.V. Shivaprasad se preguntó si otro tipo de regulador molecular, llamado microARNs, también contribuyó a la domesticación del arroz. Los microARNs regulan genes objetivo específicos al unirse a las copias de ARN (que produce el gen en cuestión) y, junto con otras moléculas, bloquean su actividad o los cortan 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.

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Los investigadores compararon las poblaciones de microARNs 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, que se acumuló a niveles altos en las hojas bandera (última hoja) 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 proteína lacasa a través de una cascada de silenciamiento. Los genes de lacasa, de los cuales hay 30 en el genoma del arroz, codifican proteínas que promueven la formación de tejido leñoso, lo que proporciona resistencia mecánica. Al silenciar un subconjunto de estos genes, miR397 redujo en gran medida la formación de tejido leñoso. Además, cuando los científicos expresaron de forma transgénica 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 habían granos de arroz. En efecto, el equipo desmanteló parcialmente el arroz al aumentar los niveles de una sola especie de microARN.

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Estos hallazgos plantean preguntas intrigantes. Si el silenciamiento de varios genes de lacasa al aumentar los niveles de miR397 afecta negativamente el rendimiento, ¿Aumentar la expresión de este mismo conjunto de genes de lacasa aumentaría la producción de grano? Además, ¿Reduciría los niveles de miR397 en las plantas de arroz silvestres y, por lo tanto, elevaría la represión de los genes de lacasa, mejoraría los rendimientos y mantendría las características que permiten a las plantas silvestres prosperar en ambientes hostiles?

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“miR397 y los genes de lacasa se superponen con regiones genómicas desconocidas de las cuales se predice que estarán involucradas en el rendimiento del arroz. Modificar su expresión en especies silvestres y cultivadas modernas sería útil para mejorar el rendimiento y otros caracteres beneficiosos”, afirma el Dr. Shivaprasad.

“Los científicos esperan que su hallazgo promueva futuras investigaciones para identificar otros cambios asociados con la domesticación de las plantas, encabezando una mejora adicional en los cultivos para el futuro” agregó.

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