El maíz, también conocido como maíz, se cultiva ampliamente para una variedad de usos, como el consumo humano, el combustible y la alimentación. Desentrañar la asombrosa diversidad del maíz ha fascinado a los genetistas durante décadas y ha ayudado a mejorar uno de los principales cultivos que alimentan al mundo. Ahora, un grupo de científicos ha añadido un nuevo capítulo a la enciclopedia genética de este imprescindible cereal. Su trabajo ayudará a mejorar la regeneración de plantas transformadas, un cuello de botella importante en el avance de la biotecnología de cultivos.
Los científicos recurren a la transformación de plantas, la inserción de ADN de otros organismos en el genoma de una planta, para estudiar un determinado gen o para hacer cultivos más útiles para los humanos. Tomemos las enfermedades, por ejemplo. Los científicos y los productores pueden estar interesados en tener maíz resistente al tizón de la hoja. Para ello, podrían introducir instrucciones genéticas para resistir la enfermedad junto con genes de Agrobacterium tumefaciens, una suerte de ingeniero que integra las instrucciones genéticas al genoma del maíz. Esta planta resistente ahora está transformada. Pero, ¿cómo pueden los científicos garantizar que el cambio genético se transmita a las nuevas plantas de la manera más rentable y efectiva?
Los biólogos usan el cultivo de tejidos para volver a cultivar un clon de la misma planta que contiene los cambios genéticos en un proceso llamado regeneración. La regeneración es difícil de lograr en la mayoría de las líneas de maíz y casi imposible en la mayoría de los demás cultivos.
Ahí es donde entra en juego una línea de maíz de bajo rendimiento conocida como A188. El mes pasado, un grupo de investigadores publicado in El diario de cultivos un nuevo genoma de referencia para A188 que contiene pistas en su genoma que podrían ayudar a mejorar la regeneración de plantas en otras variedades de maíz.
A188 es como el patito feo del maíz: tiene malas características agronómicas porque es mucho más corto, florece antes y tiene un rendimiento más bajo en comparación con otras variedades. Entonces, si A188 no se desempeña tan bien en el campo como otras variedades más productivas, ¿por qué sería valioso anotar su genoma? Son exactamente estas diferencias dramáticas las que hacen que A188 sea valioso para estudiar.
“[E]l genoma A188 puede agregar información sobre el tiempo de floración, que es importante para la productividad del maíz y la calidad de la semilla”, dice Jiahn-Chou Guan, investigadora de maíz de la Universidad de Florida. “Además, el análisis comparativo de las secuencias del genoma puede brindarnos nueva información sobre los controles de la arquitectura de la planta debido a su corta estatura”.
Otra diferencia sorprendente es que A188 es mucho mejor para regenerarse o volver a crecer a partir de células madre.. Los científicos descubrieron que A188 tiene un 91 % de posibilidades de regenerar plantas a partir de cultivo de tejidos en comparación con otras variedades de investigación populares: 1.67 % en W22, 6.94 % en Mo17 y 0 % en B73. No se entiende por qué o cómo ciertos genotipos son más o menos eficientes en la regeneración en cultivo de tejidos, pero se cree que el análisis del genoma A188 será útil para mejorar la capacidad de regeneración en otras líneas de maíz.
Otro aspecto novedoso de esta investigación radica en la metodología. La mayoría de las técnicas para la secuenciación del ADN producen "lecturas" u oraciones cortas de alta precisión, y otros métodos producen lecturas largas pero son propensos a errores. Sin embargo, el grupo de investigadores del Instituto de Investigación de Maíz en la Universidad Agrícola de Sichuan de China y Berry Genomics Corp. en Beijing, China, utilizó Plataforma de secuenciación de moléculas individuales de PacBio en cambio, permitiéndoles tener lo mejor de ambos mundos en lecturas largas y altamente precisas. Este nuevo método aumentó la resolución y la precisión en comparación con los genomas de maíz publicados anteriormente. Después de ensamblar el genoma, los investigadores compararon los cromosomas de A188 con B73, Mo17 y W22, y encontraron que alrededor del 30% de los genes A188 tenían grandes variaciones estructurales o cambios en la estructura de sus genes. Estos cambios podrían ser causas genéticas potenciales que explican las diferencias físicas de A188 y por qué es mucho mejor en la regeneración que otras variedades de maíz.
Los investigadores redujeron su análisis a una lista de 10 genes candidatos que pueden ser responsables de la alta capacidad de regeneración de A188. Estos genes candidatos son recursos genéticos valiosos para mejorar la transformación y regeneración genética del maíz.
Curiosamente, la mayoría del maíz transgénico tiene una parte de su ADN que proviene de A188, ya que la línea de maíz más popular que se usa para la transformación y regeneración se llama Hi-II, que desciende de un cruce con A188.
“Incluso después de múltiples retrocruzamientos, los transgénicos y CRISPR llevarán some del genoma A188. ¡Será bueno saber qué hay allí! dice Karen E. Koch, investigadora de maíz en la Universidad de Florida. “Además, nuestra comprensión del comportamiento del maíz blanco se mejora potencialmente al saber más sobre A188. El genoma es potencialmente útil para rastrear su papel en la mejora del maíz después de la domesticación que involucró selecciones repetidas para el maíz blanco. vs. granos amarillos por diferentes culturas por diferentes razones”.
El Proyecto Genoma Humano actualmente está agregando genomas de personas de todo el mundo para construir un pangenoma de referencia que sea más representativo de la diversidad genética humana para la investigación médica. De manera similar, el pangenoma del maíz será mejor representativo de la diversidad genética del maíz con la nueva incorporación del genoma de referencia A188 y ayudará en muchos más descubrimientos.
ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN:
Fei Ge, Jingtao Qu, Peng Liu, Lang Pan, Chaoying Zou, Guangsheng Yuan, Cong Yang, Guangtang Pan, Jianwei Huang, Langlang Ma, Yaou Shen. El ensamblaje del genoma de la línea endogámica de maíz A188 proporciona un nuevo genoma de referencia para la genómica funcional. El diario de cultivo. 2021. https://doi.org/10.1016/j.cj.2021.08.002.
Nadia Mourad Silva es un doctorado estudiante de la Universidad de Florida estudiando genética y fisiología del maíz. Actualmente está trabajando para comprender el metabolismo del azúcar en el grano. Nadia se esfuerza por ser una aprendiz de por vida y disfruta explicando conceptos complicados de manera que cualquiera pueda entenderlos. Cuando no está en el campo o en el laboratorio, ayuda a administrar su vivero de plantas tropicales con su pareja.
Traducción al español por Lorena Villanueva Almanza
