La ingeniería genética en plantas arroja luz sobre elementos reguladores específicos de las plantas La ingeniería genética en plantas arroja luz sobre elementos reguladores específicos de las plantas

A medida que la población continúa aumentando, también aumenta la necesidad de un crecimiento eficiente de los cultivos. Si bien se han logrado grandes avances en genética y modificación de plantas, todavía queda mucho por aprender para comprender cómo se regulan los rasgos de los cultivos, como el desarrollo de los frutos, entre especies de plantas.

equipo de investigación en Laboratorio de Cold Spring Harbordirigido por Zachary LipmanPh.D. identificó sistemas reguladores divergentes para el mismo gen, CLAVATA3 (CLV3). Este gen, que se conserva desde hace más de 125 millones de años, se controla de forma diferente en el tomate y en Arabidopsis.

«Este trabajo fue publicado en el periódico».Máxima reestructuración de regiones reguladoras cis que controlan un regulador de células madre vegetales profundamente conservado» en PLOS Genética.

«Una paradoja sorprendente es que los genes con secuencias de proteínas, funciones y patrones de expresión conservados a lo largo del tiempo a menudo exhiben secuencias reguladoras altamente divergentes. Aún no está claro cómo y en qué medida esta evolución radical de la regulación cis entre especies permite que la función de los genes cambie». conservarse.” Estas diferencias influyen en cómo la variación reguladora cis que surge dentro de las especies afecta el cambio fenotípico.

«Aquí, investigamos estas cuestiones utilizando un regulador de células madre vegetales cuyo patrón de expresión se conserva y ha estado funcionando durante aproximadamente 125 millones de años. Utilizando la edición del genoma in vivo en dos modelos lejanamente relacionados, Planta arabidopsis thaliana (Arabidopsis) y Solanum lycopersicum (tomate), generamos más de 70 alelos de deleción en las regiones ascendentes y descendentes del gen supresor de células madre CLAVATA3 (CLV3) y comparamos sus efectos individuales y combinados en un fenotipo común, que es la cantidad de carpelos que forman la fruta.

«Descubrimos que las secuencias ascendentes del CLV3 del tomate son altamente sensibles incluso a pequeñas perturbaciones en comparación con la región descendente. Por el contrario, la función CLV3 de Arabidopsis es tolerante a perturbaciones severas tanto en sentido ascendente como descendente de la secuencia codificante. La combinación de eliminaciones ascendentes y descendentes también reveló un resultado regulatorio diferente». Mientras que la mejora fenotípica por la adición de mutaciones posteriores fue en su mayoría débil y aditiva en el tomate, la mutación de ambas regiones en Arabidopsis CLV3 causó efectos significativos y sinérgicos, demostrando una distribución distinta y redundancia de secuencias reguladoras cis funcionales.

«Nuestros resultados demuestran una notable maleabilidad en la organización reguladora en cis de un regulador de células madre vegetales profundamente conservado y sugieren que la remodelación importante del espacio de secuencia reguladora en cis es una fuerza evolutiva común pero misteriosa que altera las relaciones de variación reguladora genotipo-fenotipo en especies conservadas». Genes de especies Finalmente, nuestros hallazgos subrayan la necesidad de una disección específica del linaje de la estructura espacial de la organización cis para diseñar de manera efectiva la variación de rasgos a partir de genes de productividad conservados en cultivos.

Creando mutaciones para estudiar la función genética

Utilizando la edición del genoma de ambas especies, los investigadores crearon más de 70 plantas mutantes. Exploraron las regiones reguladoras arriba y abajo de CLV3 para determinar los efectos de estas regiones en la expresión de este gen altamente conservado. «CLV3 ayuda a que las plantas se desarrollen normalmente. Si no se activa a tiempo, las plantas se verán completamente diferentes. Todos los frutos serán enormes y no perfectos», dijo Danielle Serin, Ph.D., autora principal del estudio y investigadora reciente. graduado de doctorado.

En el tomate, las modificaciones en las regiones reguladoras aguas arriba de CLV3 tuvieron un efecto dramático en el tamaño del fruto, mientras que Arabidopsis creció solo cuando se alteraron los objetivos aguas arriba y aguas abajo. Esto sugiere que en el momento de la divergencia evolutiva de estas plantas, hace unos 125 millones de años, había alguna fuerza que impulsaba estos cambios organizativos.

«No se puede volver al ancestro común porque ya no existe. Así que es difícil decir cuál era el estado original y cómo se mezclaron las cosas», dijo Cerin. «La explicación más simple es que había un elemento organizacional que se conservó de alguna manera y se cambió de manera sutil”. «Es un poco inesperado».

En términos de crecimiento de cultivos, no existe una respuesta sencilla para activar o desactivar un gen. El tiempo lo es todo, y considerar el tamaño de la fruta y el rendimiento esperado es importante para el crecimiento sostenible de los cultivos. «Hay que equilibrar el crecimiento y el rendimiento. Si una planta tiene tomates gigantes pero sólo dos, ¿es eso tan beneficioso como un rendimiento menor? No existe una solución sencilla. Siempre se sacrifica algo cuando se intenta mejorar algo», concluyó Cerin.