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H2020

Crossover control — Resultado resumido

Project ID: 703117
Financiado con arreglo a: H2020-EU.1.3.2.
País: Reino Unido
Dominio: Investigación fundamental, Alimentos y recursos naturales

Rápida mejora genética del trigo

La producción de cultivos es una batalla constante contra las enfermedades y las condiciones meteorológicas. Los científicos han logrado facilitar la transferencia de genes del trigo silvestre, de modo que las futuras cosechas de trigo blando puedan afrontar condiciones adversas, tales como las sequías.
Rápida mejora genética del trigo
Hay alrededor de 800 millones de personas en el mundo que no disponen de suficientes alimentos. Para superar esta situación, los agricultores tendrán que producir tanto trigo como el que se ha producido desde el inicio de las prácticas agrícolas hace más de 100 000 años.

El trigo, como la mayoría de los principales cultivos alimentarios, es un poliploide, es decir, tiene más de dos conjuntos de cromosomas. De hecho, el trigo blando que se cultiva en la actualidad tiene seis conjuntos de cromosomas. En lo relativo a la producción de semillas, esto genera dificultades, dado que todos los conjuntos deben encajar para producir polen y óvulos viables durante la división celular (meiosis). El trigo dispone de mecanismos genéticos evolucionados para estabilizar esta situación poliploide.

El proyecto «Crossover control» se propuso introducir nuevos genes del trigo silvestre con el fin de mejorar el rendimiento de las cosechas. Para ello, los investigadores tuvieron que facilitar el apareamiento cromosómico entre el trigo silvestre y sus parientes más recientes. Además, se aumentó la frecuencia de intercambio genético, que mezcla los genes antiguos con los nuevos. Para que la especie vegetal de cultivo conserve su fertilidad y produzca semillas de trigo, debe darse un apareamiento cromosómico equilibrado durante la producción de gametos o células sexuales en la meiosis.

Una nueva herramienta para la mejora genética de cultivos: Ph1

Los científicos de «Crossover control» descubrieron diversos mecanismos para lograrlo, uno de ellos con el gen clave Ph1. «El uso de cepas de trigo con diferentes deleciones demostró que el gen Ph1 aumenta los híbridos de intercambio entre el trigo y sus parientes silvestres. Más aún, esto apenas afectó a la eficiencia del apareamiento y, en consecuencia, a la elevada fertilidad del trigo blando resultante», explica el profesor Graham Moore, coordinador del proyecto.

A continuación, el equipo de «Crossover control» siguió indagando sobre la acción del Ph1. El primer paso fue generar mutantes para el gen ZIP4 con tratamiento de etilmetanosulfonato, los denominados mutantes TILLING. «Se sabe que el ZIP4 reduce o elimina el intercambio genético en ciertas especies, por lo que es un buen candidato para controlar el fenotipo de Ph1», destaca el profesor Moore.

Para confirmar los resultados de TILLING, utilizaron repeticiones palindrómicas cortas agrupadas e interespaciadas regularmente, la tecnología CRISPR, para borrar específicamente el gen ZIP4. Una vez más, en los mutantes de ZIP4 se observó un incremento de los híbridos de trigo/trigo silvestre y un bajo nivel de apareamientos incorrectos, lo cual indica una buena fertilidad en las plantas de trigo blando.

Los nutrientes esenciales aumentan la transferencia genética

Durante los experimentos con mutantes que carecían del gen Ph1, los investigadores también comprobaron los efectos de diferentes nutrientes sobre el medio de cultivo. Mediante la solución de Hoagland para suministrar todos los nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas, observaron que se inducía un alto nivel de intercambio genético en la meiosis.

«Pruebas adicionales mostraron que concretamente el ion Mg2+ era responsable de este aumento», señala el profesor Moore. La irrigación de plantas híbridas sin el gen Ph1 con una solución de Hoagland de 1 mM aumentó la frecuencia de intercambio.

Confirmando la importancia de los resultados obtenidos con el Ph1, los datos han aparecido en cuatro publicaciones revisadas interpares. Entre las revistas figuran «Chromosoma», «Molecular Breeding», «Nature Plants» y «Frontiers in Plant Science».

Impulso de la investigación sobre cultivos: llevando el pan a casa

En lo relativo al impacto, diversos obtentores, tanto de la Unión Europea como de fuera, han solicitado el material de mejora genética TILLING ZIP4. El proyecto «Crossover control» ha ofrecido estas líneas sin restricciones e propiedad intelectual y se están empleando actualmente en programas de mejora genética.

«Más del 70 % de las plantas de florecimiento son poliploides, incluyendo la mayoría de los cultivos más importantes del mundo, como el café, las fresas y los plátanos», señala el profesor Moore. La utilización del material TILLING ZIP4 obtenido ofrecerá información sobre la genética de otros poliploides y cómo realizan la producción de semillas. «Será interesante comprobar cuántos poliploides, además de este, han aprovechado este gen para estabilizarse durante la meiosis», concluye el profesor Moore.

Palabras clave

Crossover control, trigo, Ph1, ZIP4, cromosoma, obtentor, CRISPR
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