Es fácil pasar por alto lo que sucede bajo tierra en un campo de maíz, pero la arquitectura de la raíz del maíz puede desempeñar un papel importante en la adquisición de agua y nutrientes, lo que afecta la tolerancia a la sequía, la eficiencia en el uso del agua y la sostenibilidad. Si los mejoradores pudieran alentar a las raíces de maíz a crecer en un ángulo más pronunciado, el cultivo podría potencialmente acceder a recursos importantes más profundos en el suelo.

Un primer paso hacia ese objetivo es aprender los genes involucrados en el gravitropismo, el crecimiento de las raíces en respuesta a la gravedad. En un nuevo estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences , científicos de la Universidad de Wisconsin, en colaboración con investigadores de la Universidad de Illinois. identificar cuatro de estos genes en el maíz y la planta modelo Arabidopsis.

Cuando una semilla en germinación se voltea de lado, algunas raíces hacen un giro repentino y pronunciado hacia la gravedad, mientras que otras giran una fracción más lentamente. Los investigadores utilizaron métodos de visión artificial para observar diferencias sutiles en el gravitropismo de la raíz en miles de plántulas y combinaron esos datos con la información genética de cada plántula. El resultado mapeó las posibles posiciones de los genes de gravitropismo en el genoma.

El mapa llevó a los investigadores al vecindario correcto en el genoma, regiones de unos pocos cientos de genes, pero todavía estaban muy lejos de identificar genes específicos para el gravitropismo. Afortunadamente, tenían una herramienta que podía ayudar.

"Debido a que anteriormente habíamos realizado el mismo experimento con la planta Arabidopsis, un pariente lejano, pudimos hacer coincidir los genes dentro de las regiones relevantes del genoma en ambas especies. Las pruebas de seguimiento verificaron la identidad de cuatro genes que modifican el gravitropismo de la raíz. El nuevo la información podría ayudarnos a comprender cómo la gravedad da forma a las arquitecturas del sistema de raíces", dice Edgar Spalding, profesor del Departamento de Botánica de la Universidad de Wisconsin y autor principal del estudio.

Matt Hudson, profesor del Departamento de Ciencias de los Cultivos de la Universidad de Illinois y coautor del estudio, agrega:"Observamos un rasgo poco investigado en el maíz que es importante por varias razones, especialmente en el contexto del cambio climático. Y lo hicimos haciendo que las diferencias evolutivas entre las plantas trabajen a nuestro favor".

El maíz y la Arabidopsis, un pequeño pariente de la mostaza descrito exhaustivamente por biólogos de plantas, evolucionaron con una diferencia de aproximadamente 150 millones de años en la historia evolutiva. Hudson explica que aunque ambas especies comparten funciones vegetales básicas, es probable que los genes que las controlan se hayan mezclado dentro del genoma con el tiempo. Eso resulta ser algo bueno para reducir los genes comunes.

En especies estrechamente relacionadas, los genes tienden a alinearse aproximadamente en el mismo orden en el genoma (p. ej., ABCDEF). Aunque los mismos genes pueden existir en especies lejanamente relacionadas, el orden de los genes en la región a la que se asigna el rasgo no coincide (p. ej., UGRBZ). Después de que los investigadores identificaran dónde buscar en cada genoma, las secuencias de genes que de otro modo no coincidirían hicieron que los genes comunes (en este caso B) sobresalieran.

"Pensé que era genial que pudiéramos identificar genes que de otro modo no hubiéramos encontrado simplemente comparando intervalos genómicos en especies de plantas no relacionadas", dice Hudson. "Estábamos bastante seguros de que eran los genes correctos cuando salieron de este análisis, pero el grupo de Spalding pasó siete u ocho años más obteniendo datos biológicos sólidos para verificar que, de hecho, juegan un papel en el gravitropismo. Habiendo hecho eso, Creo que hemos validado todo el enfoque de modo que, en el futuro, podría usar este método para muchos fenotipos diferentes".

Spalding señala que el método probablemente fue particularmente exitoso porque se realizaron mediciones precisas en un entorno común.

"A menudo, los investigadores de maíz medirán sus rasgos de interés en un campo, mientras que los investigadores de Arabidopsis tienden a cultivar sus plantas en cámaras de crecimiento", dice. "Medimos el fenotipo del gravitropismo de la raíz de una manera muy controlada. Estas semillas se cultivaron en una placa de Petri y el ensayo duró solo unas horas, a diferencia de los rasgos que podrías medir en el mundo real que están abiertos a todo tipo de variabilidad".

Incluso cuando los rasgos se pueden medir en un entorno común, no todos los rasgos son buenos candidatos para este método. Los investigadores enfatizan que los rasgos en cuestión deberían ser fundamentales para la función básica de la planta, asegurando que existan los mismos genes antiguos en especies no relacionadas.

"El gravitropismo puede ser especialmente adecuado para estudiar a través de este enfoque porque habría sido clave para la especialización original de brotes y raíces después de la colonización exitosa de la tierra", dice Spalding.

Hudson señala que el gravitropismo también será clave para la colonización de un paisaje diferente.

"La NASA está interesada en cultivar cultivos en otros planetas o en el espacio y necesitan saber para qué tendrían que reproducirse para hacer eso", dice. "Las plantas están bastante descompuestas sin gravedad". + Explora más

La proteína transportadora regula el gravitropismo de la raíz en Arabidopsis