Visitas: 152
Herramienta que podría asegurar la diversidad genética de cultivos.
Courtesy Tokyo University: Investigadores en Japón han editado ADN mitocondrial de plantas por primera vez, lo que podría llevar a un suministro de alimentos más seguro. El ADN nuclear se editó por primera vez a principios de la década de 1970, el ADN de cloroplasto se editó por primera vez en 1988 y el ADN mitocondrial animal se editó en 2008. Sin embargo, ninguna herramienta editó con éxito el ADN mitocondrial de la planta.
Los investigadores utilizaron su técnica para crear cuatro nuevas líneas de arroz y tres nuevas líneas de colza (canola).
«Sabíamos que teníamos éxito cuando vimos que la planta de arroz era más educada, tenía una profunda reverencia», dijo el profesor asociado Shin-ichi Arimura, bromeando sobre cómo una planta de arroz fértil se dobla bajo el peso de semillas pesadas.
Arimura es un experto en genética molecular de plantas en la Universidad de Tokio y dirigió el equipo de investigación, cuyos resultados se publicaron en Nature Plants. Colaboradores de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Tamagawa también contribuyeron a la investigación.
Diversidad genética para el suministro de alimentos.
Los investigadores esperan usar la técnica para abordar la actual falta de diversidad genética mitocondrial en los cultivos, un punto débil potencialmente devastador en nuestro suministro de alimentos.
En 1970, una infección por hongos llegó a las granjas de maíz de Texas y fue exacerbada por un gen en las mitocondrias del maíz. Todo el maíz en las granjas tenía el mismo gen, por lo que ninguno era resistente a la infección. Quince por ciento de toda la cosecha de maíz estadounidense fue asesinada ese año. El maíz con ese gen mitocondrial específico no se ha plantado desde entonces.
«Todavía tenemos un gran riesgo ahora porque hay muy pocos genomas mitocondriales de plantas utilizados en el mundo. «Me gustaría usar nuestra capacidad para manipular el ADN mitocondrial de las plantas para agregar diversidad», dijo Arimura.
Plantas sin polen
La mayoría de los agricultores no guardan semillas de su cosecha para replantarlas el próximo año. Las plantas híbridas, la descendencia de la primera generación de dos padres genéticamente diferentes, suelen ser más resistentes y productivas.
Para asegurar que los agricultores tengan semillas híbridas de primera generación cada temporada, las empresas de suministro agrícola producen semillas a través de un proceso de reproducción por separado con dos padres diferentes. Uno de esos padres es un hombre infértil: no puede producir polen.
Los investigadores se refieren a un tipo común de infertilidad masculina en las plantas como la esterilidad masculina citoplasmática (CMS). El CMS es un fenómeno raro pero natural que se produce principalmente por los genes que no se encuentran en el núcleo de las células, sino en las mitocondrias.
Las judías verdes, las remolachas, las zanahorias, el maíz, las cebollas, la petunia, el aceite de colza (canola), el arroz, el centeno, el sorgo y los girasoles se pueden cultivar comercialmente utilizando los padres con infertilidad masculina de tipo CMS.
Más allá del verde
Las mitocondrias de la planta que se mueven rápidamente alrededor de la célula (célula epidérmica de la hoja de Arabidopsis) en este video fueron artificialmente iluminadas en verde, pero se muestran a su velocidad real. Las mitocondrias de las plantas se mueven aproximadamente 10 veces más rápido que las mitocondrias de mamíferos o levaduras. Video de Shin-ichi Arimura CC-BY
Las plantas utilizan la luz solar para producir la mayor parte de su energía, a través de la fotosíntesis en cloroplastos de pigmento verde. Sin embargo, la fama de los cloroplastos está sobrevalorada, según Arimura.
«La mayoría de las plantas no son verdes, solo las hojas sobre el suelo. Y muchas plantas no tienen hojas durante la mitad del año «, dijo Arimura.
Las mitocondrias contienen ADN completamente separado del ADN principal de la célula, que se almacena en el núcleo. El ADN nuclear es el material genético largo de doble hélice heredado de ambos padres. El genoma mitocondrial es circular, contiene muchos menos genes y se hereda principalmente de las madres.
El genoma mitocondrial del animal es una molécula relativamente pequeña contenida en una única estructura circular con una notable conservación entre las especies.
«Incluso el genoma mitocondrial de un pez es similar al de un humano», dijo Arimura.
Los genomas mitocondriales de las plantas son una historia diferente.
«El genoma mitocondrial de la planta es enorme en comparación, la estructura es mucho más complicada, los genes están duplicados, los mecanismos de expresión génica no se conocen bien y algunas mitocondrias no tienen genomas. En nuestros estudios anteriores observamos que se fusionan con Otras mitocondrias para intercambiar productos proteicos y luego separarlos nuevamente «, dijo Arimura.
Manipulación de ADN mitocondrial a partir de plantas.
Para encontrar una manera de manipular el complejo genoma mitocondrial de la planta, Arimura recurrió a colaboradores familiarizados con los sistemas de arroz y canola (canola) de la CMS. Investigaciones anteriores han sugerido enérgicamente que, en ambas plantas, la causa de la CMS era un gen mitocondrial único, evolutivamente no relacionado en el arroz y la colza (canola): objetivos claros en el laberinto desconcertante de los genomas mitocondriales de las plantas.
El equipo de Arimura adaptó una técnica que ya había editado genomas mitocondriales de células animales que crecían en una placa. La técnica, llamada mitoTALENs, utiliza una única proteína para localizar el genoma mitocondrial, cortar el ADN en el gen deseado y excluirlo.
«Si bien la eliminación de la mayoría de los genes crea problemas, la eliminación de un gen CMS resuelve un problema para las plantas. Sin el gen CMS, las plantas son fértiles nuevamente «, dijo Arimura.
Las cuatro nuevas líneas de arroz completamente fértil y las tres nuevas líneas de canola (canola) que los investigadores han creado son una prueba de concepto de que el sistema mitocondrial puede manipular con éxito incluso el complejo del genoma mitocondrial de la planta.
«Este es un primer paso importante en la investigación de plantas mitocondriales», dijo Arimura.
Los investigadores estudiarán los genes mitocondriales masculinos responsables de la infertilidad masculina con más detalle e identificarán las posibles mutaciones que podrían aumentar la diversidad necesaria.
ADN Plantas.
Dejar una contestacion