Una vez que una planta madre libera sus embriones al mundo exterior, tienen que sobrevivir por su cuenta sin protección familiar. Para garantizar la colonización exitosa de estas criaturas vulnerables, la planta madre proporciona al embrión una mochila llena de energía, llamada endospermo.Dado que, con el tiempo, las únicas plantas que sobrevivirán son las que se reproducen y compiten con éxito, toda la vida de la planta madre se dedica a producir azúcares en sus hojas, que finalmente se almacenan en estas mochilas. Los azúcares se fabrican en las hojas cuandola planta convierte la energía del sol en energía química y luego se transporta a las semillas. La cantidad de azúcares que llenan una semilla determina directamente el tamaño de la semilla.
Un equipo de científicos dirigido por Wolf Frommer de Carnegie ha descubierto que una proteína de transporte de azúcar en maíz y arroz llamada SWEET4 es necesaria para el llenado exitoso de semillas y muestra cambios en el genoma que indican la domesticación por humanos. La nueva investigación se publica en Genética de la naturaleza .
El endospermo de la planta ha sido un factor importante en el establecimiento de una relación mutualista con los humanos; para facilitar su supervivencia y propagación, las plantas de cultivo han desarrollado mochilas más grandes para garantizar una utilidad continua para los humanos. Sin saber qué variantes genéticas estaban aportando propiedades útiles,la gente simplemente seleccionó las mejores plantas para el cultivo continuo, en este caso eligió plantas que tenían grandes mochilas. Esta es una selección evolutiva impulsada por el ser humano, que sucedió con todas nuestras plantas de cultivo cuando las plantas silvestres se convirtieron en versiones cada vez más útiles y nutritivas.
Ahora, utilizando métodos modernos de genética molecular, los científicos pueden ver qué variantes genéticas se seleccionaron de hecho durante este proceso, y SWEET4 estaba entre ellos. Los antepasados del maíz moderno plantado hoy en grandes extensiones en los Estados Unidos y en todo el mundo tenían mucho menosendospermas. Se cree que el tamaño de las semillas, para muchos tipos de granos, aumentó debido a las presiones selectivas de la domesticación agrícola. Las semillas más grandes y llenas de azúcar, como los granos de maíz, eran más atractivas para los cultivadores humanos, debido a su valor nutritivo y sucapacidad de producir plántulas más robustas, pero un vínculo directo entre la bioquímica de los procesos de llenado de semillas y la domesticación había sido difícil de alcanzar durante mucho tiempo.
Frommer y su laboratorio han trabajado extensamente en la familia de transportadores de azúcar SWEET, que desempeñan varios papeles clave en las plantas, incluida la producción de néctar y el transporte de azúcares desde las hojas a otros tejidos. También descubrieron que los SWEET hacen que las plantas sean susceptibles al secuestro de patógenosque roban los suministros de energía de la planta antes de que puedan transportarse a las semillas.
¿Cómo se hizo este nuevo descubrimiento notable? Varios laboratorios contribuyeron.
El equipo de Frommer analizó los genes de maíz involucrados en los procesos relacionados con el azúcar para encontrar los que estaban "activados" durante el desarrollo de la semilla. Encontraron 16 candidatos, y entre ellos uno estaba claramente destacado. El gen SWEET4c, que codifica una proteína transportadora de azúcar ense demostró que el maíz expresado específicamente en la semilla de maíz por el grupo de Prem Chourey de la Universidad de Florida, y tenía evidencia de selección debido a la domesticación.
La evidencia de que el gen SWEET4c fue seleccionado durante la domesticación fue descubierta por el equipo de Jeff Ross-Ibarra en UC Davis, al comparar las secuencias SWEET4 del maíz moderno con su ancestro silvestre Teosinte. Si la variación de la secuencia de un gen específico es muy grandereducido en las versiones modernas, esto se considera una señal de que fue moldeado por las presiones selectivas de la domesticación.
El equipo descubrió que SWEET4c se vuelve muy activo, lo que significa que está produciendo la proteína SWEET4c, justo en el momento en que la importación de azúcares en una semilla es máxima, entre 10 y 17 días después de la polinización de la semilla.
"Creemos que cuando los primeros agricultores seleccionaron semillas más grandes para comer y plantar, inconscientemente seleccionaron para aumentar la importación de azúcar en estas semillas por SWEET4c", explicó Davide Sosso de Carnegie, el autor principal de este estudio. "Esto se debe a que las semillas que conteníanmás azúcares eran más grandes y más nutritivos "
Un avance importante de este estudio fue el descubrimiento de que SWEET4c es absolutamente esencial para que se llenen las semillas. Sin una versión funcional del gen que codifica SWEET4c, como en las líneas mutantes proporcionadas por el recurso UniformMu Don McCarty y Karen Koch enUniversidad de Florida, los azúcares no fueron entregados a las semillas y la mochila estaba vacía en jerga científica: pericarpio vacío.
De manera gratificante, la importancia del estudio va más allá del rendimiento del maíz. Los autores encontraron que el gen correspondiente en el arroz también era crítico para el llenado de semillas y mostraba signos independientes de selección por parte de los agricultores y criadores.
"Nuestro trabajo indica que SWEET4 podría ser un objetivo prometedor para la ingeniería de variedades de maíz, arroz y otros cultivos", dijo Bing Yang de la Universidad Estatal de Iowa, cuyo equipo realizó todos los estudios de arroz.
Cuando los científicos desarrollan un nuevo medicamento, necesitan trabajar con la industria farmacéutica para realizar pruebas exhaustivas para finalmente llevarlo a los consumidores. De manera similar, los científicos de las plantas necesitan trabajar con la industria para explorar todo el potencial de un descubrimiento.inició una colaboración con Syngenta AG para encontrar formas de aumentar el rendimiento de los cultivos mediante la ingeniería de procesos de transporte de azúcar, que a pesar de su importancia, actualmente no se conocen bien.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Institución Carnegie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :