Científicos de la Universidad Estatal de Iowa han aprovechado la edición de genes para mirar hacia atrás a través de miles de años de domesticación para aprender sobre el teosinte, el ancestro salvaje del maíz moderno. La investigación permite comparaciones genéticas y podría conducir a cultivos más resistentes.
Ames. Iowa, Estados Unidos | Los científicos de la Universidad Estatal de Iowa están aprendiendo cómo mirar hacia atrás a través de milenios de domesticación para aprender cómo una planta silvestre herbácea conocida como teosinte se convirtió en maíz, el cultivo comercial moderno que se cultiva en todo el mundo. La investigación permite a los científicos comparar los genes en el maíz con su ancestro silvestre, lo que podría ayudar a los fitomejoradores a identificar rasgos ventajosos que pueden haber sido criados a partir de teosinte a lo largo de los siglos.
Los investigadores publicaron sus hallazgos recientemente en la revista académica Frontiers of Plant Science*, detallando una nueva herramienta de biotecnología que aprovecha las técnicas de vanguardia para producir plantas de teosinte transgénicas fértiles por primera vez.
Los humanos comenzaron a domesticar el teosinte, una hierba silvestre nativa de México, hace aproximadamente 10.000 años. Cada planta de teosinte produce solo hasta una docena de granos, que son resistentes y contienen menos nutrientes que el maíz moderno. Así que las personas seleccionaron plantas individuales de teosinte para obtener mayores rendimientos, eventualmente desarrollando nuevas variedades con sus propios rasgos únicos.
Pero parte del material genético original del teosinte se perdió en el camino. Identificar este material genético podría ayudar a criar mejor maíz hoy en día, o al menos ofrecer a los científicos pistas sobre cómo aprovechar mejor la diversidad genética del maíz, dijo Jacob Zobrist, un estudiante graduado en agronomía y primer autor del estudio.
«No sabemos lo que no sabemos sobre esos rasgos ancestrales», dijo Zobrist. «Esperamos identificar rasgos en el ancestro silvestre que serían útiles para el maíz moderno. Esos rasgos podrían incluir resistencia a las enfermedades y resistencia al estrés, así como el contenido de nutrientes y tal vez incluso mejorar los tiempos de crecimiento y floración».
El nuevo estudio detalla cómo los científicos descubrieron un robusto protocolo de inducción y regeneración de callos utilizando segmentos verticilos de plántulas germinadas a partir de semillas maduras. Eso significa que los investigadores pudieron producir tejido de callo, que es similar a las células madre que no están diferenciadas y aún no se han convertido en células variantes.
Estas células de callo indiferenciadas son susceptibles de la introducción de nuevo ADN a través de la tecnología transgénica. Utilizando tecnología de edición de genes como Crispr, los investigadores ahora pueden apuntar a genes específicos de teosinte y apagarlos, dándoles un nuevo nivel de comprensión de cómo la planta silvestre fue domesticada en un cultivo básico global.
NUEVA HERRAMIENTA BIOTECNOLÓGICA AMPLÍA LA COMPRENSIÓN.
Es un poco como retroceder en el tiempo para ver qué rasgos seleccionaron los antiguos fitomejoradores, dijo Kan Wang, profesor global de biotecnología en agronomía y autor correspondiente del estudio. El laboratorio de Wang comenzó a estudiar el teosinte en 2010, y dijo que la nueva publicación representa un gran paso adelante en la comprensión del teosinte y los orígenes del maíz moderno.
«Esto va a abrir muchas posibilidades para muchas personas que están interesadas en la investigación básica o la investigación aplicada agrícola», dijo Wang, quien actualmente es director de programas rotativos de la Fundación Nacional de Ciencias.
Wang acreditó las contribuciones de Zobrist por hacer que el estudio general fuera un éxito. Zobrist se unió al laboratorio de Wang en 2018 con el apoyo de predictive Plant Phenomics Fellowship de la National Science Foundation, que proporciona capacitación innovadora en ciencia e ingeniería habilitada para datos a estudiantes con experiencia en ciencias de plantas. La contribución de Zobrist a la investigación fue hacer que la transformación fuera repetible optimizando el medio de cultivo utilizado para cultivar las plantas de teosinte. Zobrist encontró un nuevo régimen de cultivo de tejidos que incluía hormonas vegetales en el medio de crecimiento.
«Hemos desarrollado la herramienta, y sin ella, es muy difícil entender teosinte. Uno de los principales actores que hizo que eso sucediera fue Jacob. Hizo un trabajo crítico», dijo Wang.
Zobrist es nativo de Spencer, Iowa. Completó sus estudios de pregrado en Iowa State antes de tomar un trabajo con Corteva durante cinco años y luego regresar a Iowa State para comenzar el trabajo de posgrado en 2017.
«Tengo la suerte de ser un estudiante graduado en un momento en que la investigación y las tecnologías de edición del genoma están progresando a un ritmo que me permitió juntar todas las piezas en un método de transformación funcional y reproducible», dijo.
Otros coautores del estudio incluyen a Susana Martin-Ortigosa, Keunsub Lee, Qing Ji y Mercy Azanu, todos miembros actuales o anteriores del laboratorio de Wang.
(Texto y foto de Universidad de Iowa).
LA FOTO QUE ILUSTRA EL ARTÍCULO – Los granos de maíz a la izquierda contrastan fuertemente con el grano producido por el teosinte, en la imagen de la derecha. Los humanos comenzaron a domesticar el teosinte hace miles de años a medida que desarrollaban el maíz moderno. Imagen cortesía de Kan Wang difundida por la Universidad de Iowa.
* Artículo en la revista académica Frontiers of Plant Science: Fronteras | Transformación de Teosinte (Zea mays ssp. parviglumis) a través del bombardeo biolístico de tejidos de callos derivados de plántulas | Ciencia de las Plantas (frontiersin.org)
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