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Los científicos identifican un gen que podría conducir a un maíz flexible y “desordenado”

Los científicos identifican un gen que podría conducir a un maíz flexible y “desordenado”

Dior Kelly, profesor asistente de genética, desarrollo y biología celular, y el estudiante de doctorado Craig L. Cowling, en el laboratorio de Kelly. Foto de Whitney Baxter, Universidad Estatal de Iowa.

AMES, Iowa – Recientemente se ha identificado un gen que se encuentra ampliamente en las plantas como el principal transportador de una hormona que afecta el tamaño del maíz. Este descubrimiento proporciona a los fitomejoradores una nueva herramienta para desarrollar variedades enanas deseables que puedan mejorar la resiliencia y la rentabilidad del cultivo.

Un equipo de científicos liderado por la Universidad Estatal de Iowa lleva años trabajando para determinar las funciones del gen ZmPILS6. Ahora, pueden describirlo como un importante impulsor del tamaño y la estructura de la planta, y un portador de la hormona auxina que ayuda a controlar el crecimiento de las raíces bajo tierra y de los brotes o tallos sobre el suelo. Sus hallazgos fueron publicados en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) esta semana.

“El sello distintivo de la era actual de la ciencia es que tenemos todos estos datos genéticos de alta calidad, ya sea para el maíz, los humanos u otros organismos, y ahora tenemos la tarea de descubrir qué hacen realmente los genes”, dijo Deor-Kelly. . es profesor asistente de genética, desarrollo y biología celular en el estado de Iowa, quien dirigió el equipo de investigación.

El grupo utilizó un “cribado genético inverso” (de un gen a un rasgo expresado en la planta), junto con otras técnicas, para rastrear el papel de los genes en la evolución del maíz. Según Kelly, las pantallas inversas requieren varias temporadas de crecimiento y no siempre funcionan. Su equipo tardó siete años en caracterizar con precisión ZmPILS6 y verificar que regula el crecimiento de las plantas.

Cuando se “eliminaron” las plantas modificadas y transformadas, su ausencia suprimió la formación de raíces laterales y la altura de las plantas. La investigación ha dado lugar a una patente provisional para su uso potencial en programas de mejoramiento para producir maíz de baja estatura que aún sea altamente productivo.

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Ilustración de una imagen mejorada de "duendecito" raíces de maíz
Portada de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (28 de mayo de 2024) que muestra las raíces de una planta de maíz mutante PIL6. Diseño: Ilustración visual ilustrada de la artista China Rose (madre de Dior Kelly) utilizando fotografías originales de Craig L. Cowling (primer autor del artículo de revista asociado).

“Creo que esto es como un duendecillo de maíz”, dijo Kelly. “Hay mucho interés en él por varias razones, incluido su bajo uso de agua y nutrientes y su capacidad para soportar fuertes vientos”.

Mientras estudiaban ZmPILS6 en el maíz, los investigadores llegaron a otro hallazgo extraño: el gen parecía tener efectos opuestos sobre el crecimiento de las plantas en comparación con el gen idéntico en el maíz. ArabidopsisEs una planta que se suele utilizar como modelo para la investigación.

“Esto fue completamente inesperado”, dijo Kelly. “Esto demuestra que las proteínas vegetales, que han evolucionado en diferentes contextos, pueden comportarse de manera diferente. Enfatiza la necesidad de estudiar genes directamente dentro de los principales cultivos de interés, en lugar de pensar que los entendemos en función de cómo funcionan en otras plantas”.

Kelly atribuye gran parte del éxito del proyecto a un “gran equipo de colaboradores”, especialmente a Craig Cowling, estudiante de doctorado en el laboratorio de Kelly y primer autor del artículo de PNAS. “Fue Craig quien hizo la investigación para confirmar que este gen transporta la hormona vegetal auxina y que controla completamente el tamaño del maíz”.

“Este proyecto y ser reconocido como primer autor de un artículo en esta importante revista fue bastante increíble”, dijo Cowling. “Ha sido un largo viaje para mí. Nunca pensé que iría a la universidad cuando estaba en la escuela secundaria en Des Moines, así que me uní al ROTC y luego a los Marines, trabajando en todo el mundo como especialista en tecnología. Cuando llegué Después de eso, quería hacer algo diferente y, gracias a algunos buenos mentores, descubrí que me encantaba trabajar y comprender las plantas.

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Kelly describe la nueva investigación como investigación básica “fundamental” para comprender el gen que influye en muchos rasgos complejos del desarrollo, que ha sido preservado por la evolución a través de muchas plantas, desde las algas hasta el maíz. “También es ‘traslacional’, ya que está asociado con recursos genéticos que pueden usarse para mejorar los programas de mejoramiento”, dijo. “Esto abre preguntas y aspectos de investigación completamente nuevos para mi laboratorio”.

Otros coautores del artículo de PNAS:

  • judy b. Callwood, estudiante de posgrado del Departamento de Genética, Desarrollo y Biología Celular del Estado de Iowa;
  • Maxwell R. McReynolds, ex estudiante de posgrado en Iowa State que ahora trabaja en una empresa privada;
  • Melissa Draves y Jasper Kohr, ex estudiantes universitarios de Iowa State que ahora cursan estudios de posgrado en otros lugares;
  • Justin Whaley, profesor asistente en el Departamento de Fitopatología, Entomología y Microbiología del Estado de Iowa;
  • y Ariel L. Humayuni y Lucía C. Strader, de la Universidad de Duke; Y
  • Haiyan Ke y Katayun Deheesh, de la Universidad de California Riverside.

Este proyecto fue apoyado por una subvención competitiva de la Iniciativa de Investigación sobre Agricultura y Alimentos a través del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del USDA y financiación inicial del USDA de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Iowa.

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