Los investigadores identifican un gen relacionado con la dispersión de semillas en el mijo verde

Durante años, Elizabeth (Toby) Kellogg, PhD, miembro e Investigador Distinguido Robert E. King y otros investigadores del Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth (Centro Danforth) condujeron arriba y abajo de las carreteras de los Estados Unidos continentales, ocasionalmente deteniéndose en el lado de la carretera para recolectar pequeñas plantas de malezas y traerlas de regreso al laboratorio.\n\nLa hierba maleza era mijo verde (Setaria viridis), una hierba modelo pequeña con un ciclo de vida corto que utiliza un proceso de fijación de carbono conocido como la vía C4, que ayuda especialmente a las plantas a prosperar en ambientes cálidos y áridos. \u003cbr\u003e El maíz y la caña de azúcar se encuentran entre los principales cultivos C4 de alto rendimiento, como lo son las materias primas candidatas para biocombustibles Miscanthus y pasto varilla.\n\nInnumerables viajes por carretera y cientos de plantas han dado como resultado un artículo, \"Un recurso del genoma del mijo verde Setaria viridis permite el descubrimiento de loci agronómicamente valiosos\", en Nature Biotechnology.\n\nKellogg y sus colegas, junto con investigadores del Instituto HudsonAlpha de Biotecnología y el U. \u003cbr\u003e S. El Instituto Conjunto del Genoma (JGI) del Departamento de Energía (DOE), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), generó secuencias del genoma para casi 600 plantas de mijo verde y lanzó una referencia de muy alta calidad S. viridis Secuencia del genoma. \u003cbr\u003e El análisis de estas secuencias del genoma de las plantas también llevó a los investigadores a identificar por primera vez un gen relacionado con la dispersión de semillas en poblaciones silvestres.\n\nHasta donde sabemos, nadie ha descubierto nunca un gen de dispersión de esa manera. Este artículo es el primero en examinar una gran cantidad de diversidad natural y decir: \"Sí, hay genes que afectan este fenotipo\".\n\nKellogg, autor principal del estudio, Donald Danforth Plant Science Center\n\nLa dispersión de semillas es fundamental para las plantas en la naturaleza, pero es un rasgo indeseable para los cultivos domesticados porque conduce a una reducción del rendimiento de la cosecha. Durante miles de años, los agricultores han seleccionado plantas de cereales sin este rasgo devastador, en referencia al momento en que el grupo de semillas en la punta de cada rama se rompe para que las semillas se puedan dispersar, de modo que las semillas permanezcan encima de la planta que se va a recolectar. .\n\nEl mapeo de asociaciones llevó al equipo a identificar un gen llamado Less Shattering 1 (SvLes1); Los estudios de edición de genes dirigidos por el coautor Pu Huang confirmaron que estuvo involucrado en la destrucción al apagarlo. \u003cbr\u003e \"Es una nueva variante genética de destrucción identificada en una población natural.\n\nNo se han descubierto muchos de estos genes destructores que permitan que una planta llegue hasta la semilla pero eviten que las semillas se caigan \", dijo Jeremy Schmutz, director del Programa de Plantas de JGI, quien también es investigador de la facultad HudsonAlpha.\n\n\"Este podría ser otro mecanismo para apagar la destrucción y domesticar cultivos. \u003cbr\u003e\" La forma en que ocurre la destrucción varía ampliamente entre cultivos, agregó Kellogg, y la destrucción de genes puede ser específica de especies o grupos de especies.\n\nLos datos del genoma también revelaron que el mijo verde se introdujo en los Estados Unidos varias veces desde Eurasia. El equipo también identificó un gen asociado con el ángulo de la hoja, que determina cuánta luz solar pueden recibir las hojas y, a su vez, sirve como un predictor del rendimiento. \u003cbr\u003e\n\nEl gen es un ortólogo de genes conocidos. \"El gen ahora se ha cartografiado en el maíz como implicado en el ángulo de la hoja\", señaló Schmutz. \"Es un buen ejemplo de descubrimiento de novo y luego mapeo para identificar genes candidatos\".\n\nA través del Programa de Ciencia Comunitaria de JGI, se generaron secuencias de varios cientos de genomas de plantas de mijo verde, aunque los análisis finales se centraron en 598 individuos. \u003cbr\u003e Schmutz y su equipo reunieron y anotaron los genomas en HudsonAlpha. Sujan Mamidi y Adam Healey, dos de los co-primeros autores, dirigieron los análisis de datos y ensamblaron el \"pangenoma\" del mijo verde (un conjunto de 51.000 genes que representan todos los genes que están presentes en una especie determinada).\n\n\"Este es un gran ejemplo de desarrollo de una infraestructura genómica a gran escala con un sistema razonablemente accesible\", dijo Schmutz. \u003cbr\u003e \"La construcción del pangenoma y las accesiones nos permite ver la variación de presencia / ausencia fácilmente y encontrar genes faltantes en accesiones particulares, y para confirmar fenotipos, que validan los rasgos \".\n\n\"El número de líneas secuenciadas no es trivial, y todas se ensamblaron de novo, lo que permitió al equipo observar la presencia / ausencia de genes completos\", coincidió Kellogg. \"Obtener esa información es difícil. \u003cbr\u003e Hay una buena razón por la que nadie lo ha hecho; es un montón de trabajo. No lo habría hecho sin la contribución del grupo de Jeremy. Es solo una gran cantidad de secuenciación. \u003c br\u003e \"\n\nKellogg señaló que los cultivos C4 han despertado mucho interés porque son muy productivos incluso con altas temperaturas, mientras que los cultivos C3 se han vuelto menos eficientes en la fotosíntesis, una preocupación a medida que los eventos climáticos extremos se vuelven más frecuentes.\n\n\"Una gran parte de la misión del Centro Danforth es alimentar a los hambrientos y mejorar la salud humana. Así que hay una pregunta importante: cómo convertir un cultivo C3 en un cultivo C4. \u003cbr\u003e Debería haber un regulador maestro, pero nadie ha encontrado \", reflexionó Kellogg.\n\n\"[El genoma de S. viridis] es un recurso para muchas aplicaciones diferentes. \u003cbr\u003e Ha sido maravilloso colaborar con el grupo JGI, y este [proyecto] no habría sido posible sin su participación; es algo que no haríamos incluso han comenzado. \".