O que ocorre baixo terra nun campo de millo é fácil de pasar por alto, pero a arquitectura da raíz do millo pode desempeñar un papel importante na adquisición de auga e nutrientes, afectando a tolerancia á seca, a eficiencia do uso da auga e a sustentabilidade. Se os criadores puidesen fomentar que as raíces do millo medren nun ángulo máis pronunciado, o cultivo podería acceder a recursos importantes máis profundos do chan.
Un primeiro paso cara a ese obxectivo é aprender os xenes implicados no gravitropismo, o crecemento das raíces en resposta á gravidade. Nun novo estudo publicado no Proceedings, da Academia Nacional de Ciencias, científicos da Universidade de Wisconsin, en colaboración con investigadores da Universidade de Illinois. identificar catro xenes deste tipo no millo e na planta modelo Arabidopsis.
Cando unha semente xerminada se dá a volta de lado, algunhas raíces fan un xiro repentino e pronunciado cara á gravidade, mentres que outras xiran unha fracción máis lentamente. Os investigadores utilizaron métodos de visión artificial para observar diferenzas sutís no gravitropismo das raíces en miles de plántulas e combinaron eses datos coa información xenética de cada plántula. O resultado mapeou as probables posicións dos xenes do gravitropismo no xenoma.
O mapa levou aos investigadores ao barrio correcto do xenoma (rexións duns centos de xenes), pero aínda estaban moi lonxe de identificar xenes específicos para o gravitropismo. Afortunadamente, tiñan unha ferramenta que podía axudar.
"Debido a que previamente fixeramos o mesmo experimento coa planta Arabidopsis moi relacionada, puidemos combinar xenes dentro das rexións relevantes do xenoma en ambas especies. As probas de seguimento verificaron a identidade de catro xenes que modifican o gravitropismo da raíz. A nova información podería axudarnos a comprender como a gravidade dá forma ás arquitecturas do sistema raíz ", di Edgar Spalding, profesor do Departamento de Botánica da Universidade de Wisconsin e autor principal do estudo.
Matt Hudson, profesor do Departamento de Ciencias de Cultivos da Universidade de Illinois e coautor do estudo, engade: "Observamos un trazo pouco investigado do millo que é importante por varias razóns, especialmente no contexto do cambio climático. . E fixémolo facendo que as diferenzas evolutivas entre as plantas traballasen ao noso favor".
O millo e a Arabidopsis, un pequeno parente de mostaza descrito exhaustivamente polos biólogos vexetais, evolucionaron con uns 150 millóns de anos de diferenza na historia evolutiva. Hudson explica que aínda que ambas as especies comparten funcións vexetais básicas, os xenes que as controlan probablemente se mesturaron no xenoma co paso do tempo. Isto resulta ser unha boa cousa para reducir os xenes comúns.
Nas especies moi relacionadas, os xenes tenden a aliñarse aproximadamente na mesma orde no xenoma (por exemplo, ABCDEF). Aínda que os mesmos xenes poden existir en especies moi relacionadas, a orde dos xenes na rexión na que se mapea o trazo non coincide (por exemplo, UGRBZ). Despois de que os investigadores identificaron onde buscar en cada xenoma, as secuencias xenéticas doutro xeito non coincidentes fixeron aparecer os xenes comúns (neste caso B).
"Pensei que era xenial poder identificar xenes que non atopariamos doutro xeito só comparando os intervalos xenómicos en especies de plantas non relacionadas", di Hudson. "Estabamos bastante seguros de que eran os xenes correctos cando saíron desta análise, pero o grupo de Spalding pasou sete ou oito anos máis obtendo datos biolóxicos sólidos para verificar que, de feito, xogan un papel no gravitropismo. Feito isto, creo que validamos todo o enfoque para que no futuro poidas usar este método para moitos fenotipos diferentes.
Spalding sinala que o método probablemente foi particularmente exitoso porque se fixeron medicións precisas nun ambiente común.
"A miúdo, os investigadores do millo medirán os seus trazos de interese nun campo, mentres que os investigadores de Arabidopsis tenden a criar as súas plantas en cámaras de crecemento", di. "Medimos o fenotipo do gravitropismo da raíz dun xeito altamente controlado. Estas sementes cultiváronse nunha placa de Petri, e o ensaio durou só unhas horas, en oposición aos trazos que se poden medir no mundo real que están abertos a todo tipo de variabilidades.
Mesmo cando os trazos se poden medir nun ambiente común, non todos os trazos son bos candidatos para este método. Os investigadores subliñan que os trazos en cuestión deberían ser fundamentais para a función básica das plantas, garantindo que existan os mesmos xenes antigos en especies non relacionadas.
"O gravitropismo pode ser especialmente susceptible de estudar a través deste enfoque porque tería sido clave para a especialización orixinal de brotes e raíces despois da colonización exitosa da terra", di Spalding.
Hudson sinala que o gravitropismo tamén será clave para a colonización dunha paisaxe diferente.
"A NASA está interesada en cultivar cultivos noutros planetas ou no espazo e precisan saber para que terías que criar para facelo", di. "As plantas están bastante desordenadas sen gravidade".
O artigo, "Leveraging orthology within maize and Arabidopsis QTL to identify xenes affecting natural variation in gravitropism", publícase no Proceedings, da Academia Nacional de Ciencias [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. A investigación foi financiada pola National Science Foundation.
O Departamento de Ciencias de Cultivos está na Facultade de Ciencias Agrícolas, do Consumidor e do Medio Ambiente da Universidade de Illinois Urbana-Champaign.
Unha fonte: https://www.sciencedaily.com