Descubren el misterio gen que activa los pigmentos rojos vistos en el maíz

Al descubrir un gen mutante que “activa” otro gen responsable de los pigmentos rojos vistos en el maíz, los investigadores resolvieron un misterio de casi seis décadas, un hallazgo que podría tener implicaciones para el fitomejoramiento en el futuro.

La investigación comenzó en 1997, cuando Surinder Chopra, docente de genética del maíz en la Universidad de Penn State (Estados Unidos), recibió semillas de una línea de maíz. En ese momento, Chopra era un erudito postdoctoral en la Universidad Estatal de Iowa (Estados Unidos) y trajo la investigación con él cuando se unió a la facultad de Penn State en 2000.

El misterio involucró una mutación genética espontánea que hace que aparezcan pigmentos rojos en varios tejidos de plantas de maíz, como los granos, mazorcas, borlas, seda e incluso tallos, durante algunas generaciones y luego desaparecen en la progenie posterior. Aunque puede parecer una preocupación menor para los investigadores, este descubrimiento tiene implicaciones importantes para la biología de las plantas, más cuando la genética del maíz se ha estudiado durante mucho tiempo y se tiene como un sistema modelo para el estudio de las otras plantas.

“Los genes implicados en la biosíntesis de pigmentos en el maíz se han utilizado en estudios genéticos durante más de un siglo; la pigmentación en el maíz es un rasgo relativamente simple, lo que lo hace ideal para usarlo como marcador para la investigación genética”, dijo Chopra. “Las plantas de maíz mutantes fueron identificadas en 1960 por el Dr. Charles Burnham de la Universidad de Minnesota (Estados Unidos). Esa semilla fue entregada a uno de sus estudiantes, Derek Styles, quien en 1997 nos la entregó y nos encomendó continuar con la investigación.”

Chopra dirigió la investigación para introducir genes del maíz mutante, denominado Ufo1 (Factor inestable para orange1, por sus siglas en inglés) en varias líneas de maíz consanguíneo para ser estudiado.

Desde que llegó a la Universidad de Penn State, el grupo de investigación de Chopra de la Facultad de Ciencias Agrícolas ha sembrado y cruzado líneas de plantas de maíz tanto en la Granja de Agronomía de esta Universidad como en invernaderos en el campus. En los últimos tres años, los investigadores, que publicaron recientemente sus hallazgos en el periódico científico The Plant Cell, han cultivado más de 4000 plantas retrocruzadas para mapear dónde se encuentra la causa de Ufo1 en el genoma.

El uso de tejidos de esas plantas híbridas y el empleo de técnicas de secuenciación de ARN y herramientas de clonación de genes junto con la secuenciación de la próxima generación, el mapeo genético y las capacidades de análisis de datos no estaban disponibles para los genetistas de plantas. Con este descubrimiento se abrió paso a todo ello.

Sin embargo, los investigadores hallaron que el Ufo1 no hace que aparezcan los pigmentos rojos, sino que es un gen llamado pericarp color1 o p1 el responsable. Los investigadores descubrieron que el gen Ufo1 en realidad está controlado por un transposón, el “gen saltarín”, que se encuentra cerca del gen Ufo1. Los transposones son secuencias de ADN que se mueven de una ubicación en el genoma a otra y pueden influir en la expresión de genes esenciales cercanos.

“Cuando este transposón está encendido, el gen Ufo1 también está activado, lo que activa el gen p1 para indicar a la planta que produzca los pigmentos rojos. Pero cuando el transposón está desactivado, el gen Ufo1 se silencia y también lo hace la vía de pigmento controlada por p1. Esa es la razón principal por la que el gen Ufo1 no se identificó durante tanto tiempo y el misterio persistió” aseguró Chopra.

“Todavía no está del todo claro cómo Ufo1 interactúa con el gen p1. La importancia futura del descubrimiento probablemente estará menos asociada con los pigmentos rojos que lo que el gen mutante Ufo1 controla en las plantas de maíz” aseguró Chopra. “Puede ser un regulador maestro que cuando se sobreexpresa indica a la planta que está bajo estrés, incluso en ausencia de estrés. De manera interesante en las plantas Ufo1, los azúcares se acumulan en exceso en las hojas, y el contenido de maysin, un insecticida natural producido por las plantas de maíz, aumenta considerablemente la seda” señalo el investigador.

“Aprender acerca de lo que controla la regulación del Ufo1 nos acercará mucho más a un proceso de reproducción realista en el que podemos manipular la expresión genética para obtener un mayor contenido de maysina o un mayor contenido de azúcar, lo cual sería importante en el cultivo. Protección contra plagas y producción de biocombustibles, respectivamente ” dijo Chopra. “Y, debido a que tiene un efecto pronunciado en el funcionamiento de la maquinaria celular, ahora podemos entender mejor la ruta molecular básica que normalmente ocurre durante un estrés en una planta. Comprender el estrés de las plantas como resultado de los extremos de calor, frío y agua es importante debido al cambio climático” agregó.

• Autoría exclusiva de Penn State News