El vigor híbrido se refiere a cuando una planta o animal cruzado muestra rasgos superiores en comparación con sus padres. Un grupo de investigación ha descubierto que un gen involucrado en el mantenimiento de la metilación del ADN está estrechamente relacionado con el vigor híbrido en Arabidopsis thaliana. Esto tiene aplicaciones potenciales para otros crucíferosvegetales como el repollo chino, y podrían conducir a una cría más eficiente de vegetales de alto rendimiento. Los hallazgos se publicaron el 8 de octubre en la versión en línea de Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
El grupo de investigación incluyó a ISHIKURA Sonoko, MIYAJI Naomi, el profesor asociado FUJIMOTO Ryo, el profesor YASUDA Takeshi todos de la Escuela de Graduados de Ciencias Agrícolas, Universidad de Kobe y la Dra. Elizabeth S. Dennis y el Dr. W. James Peacock CSIRO Agriculture, Australia.
Las plantas híbridas tienen cualidades útiles en la agricultura, como el aumento de la biomasa y la resistencia al estrés. Las plantas híbridas de primera generación plantas F1 criadas para exhibir estos atributos de vigor híbrido se cultivan ampliamente. En términos globales, actualmente maíz, arroz y colzason todos los cultivares híbridos F1. Este fenómeno se descubrió hace más de 100 años y se registra en el famoso Origen de las especies de Darwin. A partir del desarrollo de los cultivares híbridos F1 de maíz a principios de 1900, se aplicaron una serie de cultivos agrícolas híbridos, los rendimientos aumentaron dramáticamente, y los resultados fueron comparables a la "revolución verde". Sin embargo, los mecanismos moleculares detrás de este fenómeno siguen sin estar claros.
Es bien sabido que los rasgos de las plantas están determinados por el ADN, específicamente por la combinación de cuatro bases una secuencia de bases de A adenina, T timina, C citosina y G guamina. En los últimos años, los científicos han descubierto que incluso si la secuencia de bases de ADN es la misma, se pueden observar diferentes rasgos, como se puede ver al observar gemelos idénticos. Esta expresión alterada que no se correlaciona con los cambios en la secuencia de bases se conoce como regulación epigenéticaa diferencia de la regulación genética. La metilación del ADN se ha mantenido como un ejemplo de regulación epigenética. La adición o sustracción de metilo a citosina en organismos eucariotas modifica la expresión génica, mientras que la secuencia de bases permanece sin cambios. El ADN también se combina con la histona para formar una cromatinaestructura: la metilación del ADN y el cambio en las estructuras de cromatina causados por la modificación de histonas están vinculados a la modificación de la expresión génica. Recientemente ha habido múltiples informes de que el vigor híbrido está influenciado por epigregulación genética y genética.
El vigor híbrido se puede ver en la planta modelo Arabidopsis thaliana que pertenece a la misma familia Cruciferae que las coles chinas. En un híbrido de primera generación cruzado entre C24 y Columbia-0 Col, la planta tiene un aumento de biomasa., todavía no se comprende completamente por qué esta planta híbrida F1 muestra características superiores en comparación con sus padres.
En esta investigación, el equipo utilizó Arabidopsis thaliana con mutaciones en un gen relacionado con la metilación del ADN, y al confirmar los casos de vigor híbrido, investigaron qué genes y modificaciones epigenéticas que regulan los genes estaban vinculados al vigor híbrido.
Varios genes trabajan juntos en la regulación de la metilación del ADN. Entre ellos, cuando MET1 Metiltransferasa 1, involucrada en el mantenimiento de la metilación CG y Pol IV relacionado con RdDM, metilación del ADN dirigida por ARN, que causa la metilación de novo perdieron sus funciones genéticas,Se observaron anomalías en la metilación del ADN, pero no hubo un efecto observable sobre el vigor del híbrido. Sin embargo, en un híbrido F1 creado utilizando una planta con un factor de remodelación de cromatina DDM1 no funcional involucrado en el mantenimiento de la metilación del ADN mediante la modificación de la estructura de la cromatina, las anomalías fueronvisto en la metilación del ADN, y el nivel de vigor híbrido fue significativamente menor. Esto demostró que DDM1 y el vigor híbrido están estrechamente vinculados, y la modificación epigenética regulada por DDM1 metilación del ADN es importante en el vigor híbrido. Ha habido pocos informes concretos delos genes involucrados en el vigor híbrido, pero según esta investigación, uno de los genes clave para el vigor híbrido ha sido aclarado.
Actualmente, el equipo de investigación se está preparando para analizar exhaustivamente los cambios en la metilación del ADN causados por la pérdida de la función DDM1 y los cambios que lo acompañan en el nivel de expresión del ADN. En base a estos hallazgos, planean identificar de manera concluyente los genes que regulan el vigor híbrido.
Arabidopsis thaliana es una planta crucífera, lo que significa que el conocimiento adquirido a través de esta investigación se puede aplicar a otras plantas de esta familia, como la col china, el repollo, el brócoli y la colza. Esto podría utilizarse para producir cultivos de alto rendimientocultivares. El equipo también está investigando el vigor híbrido utilizando col china.
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Materiales proporcionado por Universidad de Kobe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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