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Nuevo control genético de malezas con plantas que solo tienen descendencia masculina dominante

El amaranto tuberculado y el amaranto palmer, dos malezas agresivas que amenazan el suministro de alimentos en América del Norte y otras regiones, son cada vez más difíciles de eliminar con herbicidas disponibles comercialmente. Un nuevo enfoque conocido como “control genético” podría algún día reducir la necesidad de estos químicos a través de plantas modificadas que solo originan descendientes machos, al igual que la descendencia de estos y así sucesivamente.

El amaranto tuberculado y el amaranto palmer, dos malezas agresivas que amenazan el suministro de alimentos en América del Norte y otras regiones, son cada vez más difíciles de eliminar con herbicidas disponibles comercialmente. Un nuevo enfoque conocido como “control genético” podría algún día reducir la necesidad de estos químicos a través de plantas modificadas que solo originan descendientes machos, al igual que la descendencia de estos y así sucesivamente.

Universidad de Illinois, 17 de julio de 2019.- En un estudio publicado recientemente en Weed Science, investigadores de la Universidad de Illinois identificaron firmas genéticas que distinguen a las plantas masculinas de de las femeninas en amaranto palmer y tuberculado. El descubrimiento es una parte crucial del desarrollo de un sistema de control genético para las malezas dañinas.

El objetivo de los investigadores es introducir un día plantas masculinas modificadas genéticamente en una población para aparearse con hembras silvestres. Las plantas masculinas modificadas contendrían una unidad genética dirigida (gene drive), un segmento de ADN que codifica la masculinidad, que se transmitiría a toda su descendencia, y a las descendencia de esta, y así sucesivamente. En última instancia, todas las plantas en una población dada se volverían masculinas, la reproducción cesaría y las poblaciones colapsarían.

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Es una estrategia controvertida, pero Pat Tranel, el científico de Illinois que lidera el proyecto, dice que todavía están en etapas iniciales.

“Es importante enfatizar que no estamos en el punto de lanzar amaranto genéticamente modificado. Estamos haciendo una investigación básica que podría informar cómo podríamos hacerlo”, dice Tranel, profesor y jefe asociado del Departamento de Ciencias de Cultivos en el Facultad de Ciencias Agrícolas y Ambientales en la Universidad de Illinois (ACES).

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Agrega que el equipo no ha encontrado el gen específico o los genes para la masculinidad en ninguna de las especies. En su lugar, identificaron pequeñas secuencias genéticas asociadas con una región masculina, probablemente en un cromosoma particular. Piensan que los genes específicos de la masculinidad se encuentran en algún lugar dentro de esa región.

En el estudio, los investigadores cultivaron 200 plantas de cada especie y cada sexo, luego extrajeron el ADN y determinaron si alguna secuencia era exclusiva de un sexo determinado.

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“Encontramos secuencias presentes en machos de tuberculado y palmer que no se encontraron en hembras, pero no secuencias específicas para hembras. Luego tomamos machos conocidos de otras poblaciones y buscamos las secuencias, estaban allí”, dice Tranel. “Nuestras secuencias no solo funcionaron, sino que también confirmaron que los machos son el sexo heterogamético en estas plantas”, dice Tranel.

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En los seres humanos, los hombres tienen un cromosoma X y un cromosoma Y, y los gametos masculinos, el esperma, contribuyen con un comosoma X o uno Y a la siguiente generación. Las hembras tienen dos cromosomas X y cada óvulo tiene un cromosoma X. Los machos son heterogaméticos (poseen dos tipos de cromosomas sexuales); las hembras son homogaméticas (poseen un tipo de cromosoma sexual). De manera similar, las plantas masculinas de amaranto tuberculado y palmer producen polen ya sea con o sin una región Y específica en machos.

El hecho de que los machos sean el sexo heterogamético sugiere que la masculinidad es dominante. Eso es bueno porque es más fácil controlar el rasgo (masculinidad) si el gen para ese rasgo es dominante”, explica Tranel. “Cuando lleguemos al punto de identificar los genes específicos para la masculinidad, serían un objetivo obvio para una unidad genética donde se podría propagar ese gen de masculinidad en la población” afirma Tranel.

Sin embargo, mientras tanto tener un conjunto de secuencias genéticas que puedan identificar con precisión a los machos antes de la floración podría ayudar a los investigadores a comprender mejor la biología de las plantas y su respuesta al medio ambiente. Por ejemplo, Tranel dice que el descubrimiento podría ayudar a determinar si las malezas pueden cambiar de sexo en ciertas condiciones o si un sexo es más sensible a los herbicidas. Ambos conceptos han sido propuestos por investigaciones previas o informes anecdóticos.

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Además de seguir estas preguntas básicas, el equipo de Tranel ahora está trabajando para encontrar la aguja en el pajar: el gen de la masculinidad dentro de la región masculina. Cuando lo encuentren, tomará tiempo antes de que el control genético de amaranto palmer y tuberculado se convierta en una realidad. E incluso entonces, Tranel dice que aún será importante utilizar todas las opciones en la caja de herramientas de manejo de malezas.

“Nunca vería esto como un reemplazo de todas nuestras otras estrategias”, afirma. “Pero es genial imaginar esto como parte de la solución”.

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