Los científicos explotan la mutación genética para acelerar el proceso de fitomejoramiento

Los investigadores de la Universidad Estatal de Iowa pueden haber resuelto un desafío de larga data asociado con el desarrollo acelerado de líneas genéticas puras.

El uso de la genética «doble haploide» (DH) se ha convertido en una de las tecnologías básicas que sustentan el cultivo moderno de maíz. Sin embargo, la tecnología DH tiene desafíos, así como ventajas. Primero, requiere la creación de plantas «haploides» que portan un solo genoma materno. Luego, el genoma único de la planta haploide se duplica a través de un proceso químico que acelera el desarrollo de líneas endogámicas genéticamente puras.

Uno de los principales cuellos de botella de la tecnología DH es que las flores masculinas haploides suelen ser estériles. Este problema requiere exponer las plántulas a la colchicina química tóxica que estimula la duplicación del genoma y devuelve la fertilidad a las flores masculinas. El proceso es laborioso y costoso.

Investigación publicada recientemente en Naturaleza Plantas comparte la noticia de una mutación descubierta por los científicos que restaura la fertilidad masculina en haploides sin el uso de colchicina. El trabajo fue realizado por Siddique I. Aboobucker, científico investigador en agronomía, con Thomas Lübberstedt, Cátedra Frey de Agronomía y director del Centro Raymond F. Baker para el Mejoramiento de Plantas, y el ex estudiante graduado de agronomía Liming Zhou.

Demostraron que explotar mutaciones que modifican el posicionamiento del mecanismo del huso durante la fase reproductiva de la planta conocida como meiosis puede restaurar la fertilidad masculina de las plantas haploides.

El mecanismo del huso ayuda a mantener la división celular en el buen camino. Durante la meiosis normal, en las plantas «diploides» regulares que contienen dos conjuntos de cromosomas, los husos se organizan en pares perpendiculares que se alinean fácilmente. En las plantas haploides, los cromosomas se distribuyen de manera desigual durante la división celular, lo que conduce a altas tasas de infertilidad durante las siguientes fases de la reproducción.

Para abordar este problema, Aboobucker tuvo una inspiración que el equipo acordó que valía la pena investigar. Supusieron que un conjunto de anomalías genéticas de las plantas conocidas como mutantes de husos paralelos o «mutantes ps» que cambian los husos a una posición paralela en lugar de perpendicular durante la meiosis podría mejorar la fertilidad masculina en haploides. Probaron la idea en Arabidopsis thaliana, una planta de investigación modelo que se usa a menudo como precursora para trabajar en maíz y otras especies de cultivos.

Funcionó: las plantas mutantes haploides crecieron y la mayoría eran fértiles. Los resultados respaldan su idea de que la alineación desigual de las fibras del huso durante una fase crítica de la meiosis en los machos haploides puede superarse explotando la tendencia de los mutantes a causar una formación de huso más horizontal.

«El uso de esta mutación para superar el problema de la fertilidad masculina en las plantas haploides es una gran promesa para superar los protocolos intensivos en recursos actualmente en vigor para los métodos artificiales (químicos) de duplicación del genoma para obtener líneas DH», dijo Lübberstedt.

Le da la mayor parte del crédito a Aboobucker, quien dirigió el proyecto para encontrar una solución a este rompecabezas de larga data de la infertilidad masculina haploide.

«Estoy empezando a darme cuenta de que esto es un gran problema», dijo Aboobucker. «Las respuestas de colegas de todo el mundo desde que se publicó nuestro artículo el mes pasado han sido un poco abrumadoras».

Lübberstedt y Aboobucker creen que las mutaciones beneficiosas que han identificado se pueden aplicar, con algunas modificaciones, al maíz y otros cultivos. Explorar este potencial es uno de los próximos proyectos en su horizonte.