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Investigadores resuelven la brotación previa a cosecha en arroz y trigo con edición genética

brotación antes de la cosecha

La brotación previa a la cosecha de arroz ocurrió en diferentes provincias de China en 2020. Imagen: IGDB

Un nuevo estudio científico chino ha identificado una combinación de dos genes de cultivos que se encargan de controlar la latencia de las semillas y podría usarse para reducir el costoso fenómeno de la brotación previa a la cosecha (PHS, por sus siglas en inglés) en cultivos como el arroz y el trigo. Utilizando herramientas de edición sobre estos genes, se logró generar resistencia al PHS.

Academia China de Ciencias / 5 de diciembre, 2022.- La latencia de las semillas es una importante herramienta de supervivencia para las plantas, ya que les permite hacer frente a condiciones climáticas que no son propicias para la supervivencia. Al mismo tiempo, la latencia excesiva puede disminuir el tiempo de cultivo. En respuesta, los agricultores a menudo plantan cultivares de arroz y trigo de latencia baja para lograr una tasa de emergencia más alta y más uniforme después de la siembra. Desafortunadamente, esta práctica ha llevado a un problema de producción mundial no deseado llamado brotación previa a la cosecha (PHS, por sus siglas en inglés), que reduce severamente tanto el rendimiento como la calidad del grano. En el arroz, el PHS daña alrededor del 6% de la superficie cultivada de arroz convencional y hasta el 20% de la superficie cultivada de arroz híbrido debido al clima lluvioso prolongado durante la temporada de cosecha en el sur de China. En el trigo harinero, la pérdida económica directa causada por PHS se acerca a los mil millones de dólares por año.

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Con el cambio climático global, PHS ha estado ocurriendo con más frecuencia. Por ejemplo, las principales áreas de producción de trigo, especialmente las regiones de trigo de invierno del valle medio y bajo del río Yangtze y los valles Amarillo y Huai en China, enfrentaron serios problemas de PHS en 2013, 2015 y 2016. Las fuertes lluvias en 2016 y 2020 también condujo a serios problemas de PHS en las regiones de cultivo de arroz del valle medio y bajo del río Yangtze de China.

En un esfuerzo por resolver este problema, los investigadores dirigidos por los Profesores CHU Chengcai y GAO Caixia del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia de Ciencias de China (CAS) revelaron recientemente que el módulo molecular SD6/ICE2 controla la latencia de las semillas de arroz y tiene un gran potencial para mejorar la tolerancia al PHS en arroz y trigo.

El estudio fue publicado en Nature Genetics el 5 de diciembre.

En este estudio, los investigadores utilizaron un conjunto de líneas de sustitución de segmento único cromosómico derivadas de un cruce entre el cultivar de arroz japonica de latencia débil Nipponbare y el cultivar de arroz aus de latencia fuerte Kasalath para identificar un gen, denominado Seed Dormancy 6 (SD6) , que contribuye a la latencia de las semillas de arroz.

Los investigadores encontraron que SD6 y su socio de interacción ICE2 controlan antagónicamente la latencia de las semillas de arroz al regular la homeostasis del ácido abscísico (ABA). En concreto, SD6 promueve directamente la expresión del gen de catabolismo ABA ABA8OX3 e inhibe indirectamente la expresión del gen biosintético ABA NCED2, mientras que ICE2 actúa de forma opuesta.

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La temperatura tiene un efecto importante en la fuerza de la latencia de la semilla. Los investigadores revelaron que el módulo molecular SD6/ICE2 controla la latencia de las semillas de arroz de una manera dependiente de la temperatura: SD6 se regula para desencadenar la germinación de las semillas cuando las semillas están a temperatura ambiente. Sin embargo, a baja temperatura, SD6 se regula a la baja mientras que ICE2 se regula al alza para mantener la latencia de la semilla.

Al editar SD6 en tres cultivares de arroz, T619, Wu27 y Huai5, los investigadores descubrieron que la edición de genes de SD6 podría ser una estrategia rápida y útil para mejorar la tolerancia al PHS en el arroz. Curiosamente, la edición del gen TaSD6 en la variedad de trigo Kenong199 también mejoró en gran medida la resistencia al PHS en el trigo, lo que indica que el gen SD6 se conserva funcionalmente en el control de la latencia de las semillas tanto en el arroz como en el trigo.

En resumen, SD6 e ICE2 regulan la latencia de las semillas ajustando el contenido de ABA en las semillas según la temperatura. De esta manera, ayudan a las semillas a superar el cambio estacional natural y aseguran una reproducción exitosa. Por esta razón, SD6 puede ser un objetivo poderoso para mejorar la resistencia a PHS en cereales en condiciones de campo.

Este trabajo fue apoyado por subvenciones del proyecto G2P del Ministerio de Ciencia y Tecnología de China, el Programa de Investigación de Prioridad Estratégica de CAS, el Programa de Investigación Clave de Ciencias Fronterizas de CAS y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.

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