La manipulación del ARN puede permitir que las plantas produzcan dramáticamente más cultivos, así como aumentar la tolerancia a la sequía, anunció un grupo de científicos de la Universidad de Chicago, la Universidad de Pekín y la Universidad de Guizhou.
En las pruebas iniciales, la adición de un gen que codifica una proteína llamada FTO tanto a las plantas de arroz como a las de papa aumentó su rendimiento en un 50% en las pruebas de campo. Las plantas crecieron significativamente, produjeron sistemas de raíces más largas y pudieron tolerar mejor el estrés por sequía.El análisis también mostró que las plantas habían aumentado su tasa de fotosíntesis.
"El cambio es realmente dramático", dijo el profesor Chuan He de la Universidad de Chicago, quien junto con el profesor Guifang Jia de la Universidad de Pekín, dirigieron la investigación. "Además, funcionó con casi todos los tipos de plantas con las que lo probamoshasta ahora, y es una modificación muy sencilla de realizar ".
Los investigadores tienen esperanzas sobre el potencial de este avance, especialmente frente al cambio climático y otras presiones sobre los sistemas de cultivos en todo el mundo.
"Esto realmente brinda la posibilidad de diseñar plantas para mejorar potencialmente el ecosistema a medida que avanza el calentamiento global", dijo He, quien es el Profesor de Servicio Distinguido John T. Wilson de Química, Bioquímica y Biología Molecular. "Dependemos de las plantas para muchos, muchas cosas, desde madera, alimentos y medicinas, hasta flores y aceite, y esto potencialmente ofrece una forma de aumentar el material de reserva que podemos obtener de la mayoría de las plantas ".
Rice empujó a lo largo
Durante décadas, los científicos han estado trabajando para impulsar la producción de cultivos frente a un clima cada vez más inestable y una población mundial en crecimiento. Pero estos procesos suelen ser complicados y, a menudo, solo dan como resultado cambios incrementales.
La forma en que se produjo este descubrimiento fue bastante diferente.
Muchos de nosotros recordamos el ARN de la biología de la escuela secundaria, donde nos enseñaron que la molécula de ARN lee el ADN y luego produce proteínas para realizar tareas. Pero en 2011, el laboratorio de He abrió un campo de investigación completamente nuevo al descubrir las claves de unLa forma diferente en que los genes se expresan en los mamíferos. Resulta que el ARN no simplemente lee el plano de ADN y lo ejecuta a ciegas; la propia célula también puede regular qué partes del plano se expresan. Lo hace colocando marcadores químicos enARN para modular qué proteínas se producen y cuántas.
Él y sus colegas se dieron cuenta de inmediato de que esto tenía importantes implicaciones para la biología. Desde entonces, su equipo y otros en todo el mundo han estado tratando de desarrollar nuestra comprensión del proceso y lo que afecta a los animales, las plantas y diferentes enfermedades humanas;por ejemplo, es cofundador de una empresa de biotecnología que ahora desarrolla nuevos medicamentos contra el cáncer basados en la selección de proteínas de modificación del ARN.
Él y Guifang Jia, un ex investigador postdoctoral de UChicago que ahora es profesor asociado en la Universidad de Pekín, comenzaron a preguntarse cómo afectaba a la biología vegetal.
Se enfocaron en una proteína llamada FTO, la primera proteína conocida que borra las marcas químicas en el ARN, que Jia encontró como investigador postdoctoral en el grupo He en UChicago. Los científicos sabían que funcionaba en el ARN para afectar el crecimiento celular en humanos y otros animales., por lo que intentaron insertar el gen en las plantas de arroz, y luego observaron con asombro cómo las plantas despegaban.
"Creo que fue entonces cuando todos nos dimos cuenta de que estábamos haciendo algo especial", dijo.
Las plantas de arroz crecieron tres veces más arroz en condiciones de laboratorio. Cuando lo probaron en pruebas de campo reales, las plantas crecieron un 50% más de masa y produjeron un 50% más de arroz. Crecieron raíces más largas, hicieron la fotosíntesis de manera más eficiente y pudieron mejorarresistir el estrés de la sequía.
Los científicos repitieron los experimentos con plantas de papa, que son parte de una familia completamente diferente. Los resultados fueron los mismos.
"Eso sugirió un grado de universalidad que fue extremadamente emocionante", dijo.
Los científicos tardaron más en comenzar a comprender cómo estaba sucediendo esto. Otros experimentos mostraron que FTO comenzó a funcionar temprano en el desarrollo de la planta, aumentando la cantidad total de biomasa que producía.
Los científicos piensan que FTO controla un proceso conocido como m6A, que es una modificación clave del ARN. En este escenario, FTO funciona borrando el ARN de m6A para amortiguar algunas de las señales que le dicen a las plantas que disminuyan la velocidad y reduzcan el crecimiento. Imagínese uncarretera con muchos semáforos; si los científicos cubren las luces rojas y dejan la verde, más y más automóviles pueden moverse por la carretera.
En general, las plantas modificadas produjeron significativamente más ARN que las plantas de control.
Modificando el proceso
El proceso descrito en este documento implica el uso de un gen FTO animal en una planta. Pero una vez que los científicos comprenden completamente este mecanismo de crecimiento, él piensa que podría haber formas alternativas de obtener el mismo efecto.
"Parece que las plantas ya tienen esta capa de regulación, y todo lo que hicimos fue aprovecharla", dijo. "Así que el siguiente paso sería descubrir cómo hacerlo utilizando la genética existente de la planta".
Puede imaginar todo tipo de usos en el futuro, y está trabajando con la universidad y el Centro Polsky de Emprendimiento e Innovación para explorar las posibilidades.
"Incluso más allá de los alimentos, hay otras consecuencias del cambio climático", dijo He. "Quizás podríamos diseñar pastos en áreas amenazadas que puedan resistir la sequía. Quizás podríamos enseñarle a un árbol en el Medio Oeste a tener raíces más largas, de modo que seaes menos probable que se derribe durante tormentas fuertes. Hay tantas aplicaciones potenciales ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Original escrito por Louise Lerner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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