Los científicos descubren secretos del ADN para mejorar las características del maíz
El descubrimiento podría permitir a los científicos utilizar nuevas tecnologías para mejorar el maíz, haciéndolo más resistente y productivo
Un equipo de científicos de la Universidad Rutgers de New Brunswick ha desvelado algunos de los secretos del ADN del maíz, revelando cómo secciones específicas del material genético controlan rasgos vitales como la arquitectura de la planta y la resistencia a las plagas. El descubrimiento podría permitir a los científicos utilizar nuevas tecnologías para mejorar el maíz, haciéndolo más resistente y productivo, afirman los científicos.
En un artículo publicado en la revista científica Nature Plants, los investigadores describen el lugar donde ciertas proteínas llamadas factores de transcripción se adhieren al ADN de las plantas de maíz y cómo esta adhesión cambia el modo en que los genes se activan o desactivan en un tejido concreto. Observaron dos líneas de maíz y hallaron grandes diferencias en estos puntos de la secuencia de ADN, lo que, según ellos, podría ayudar a explicar por qué las plantas tienen un aspecto y actúan de forma diferente.
"En este trabajo descubrimos dónde se unen los factores de transcripción en el genoma y, por tanto, influyen en la expresión de los genes del maíz", explica Andrea Gallavotti, profesor del Instituto Waksman de Microbiología y autor del estudio. "Es importante destacar que hicimos este análisis en dos líneas distintas de maíz [maíz] que son diferentes para muchos rasgos, incluyendo la resistencia a las enfermedades y la arquitectura".
En Norteamérica, "maíz" y "maize" se refieren al mismo grano de cereal. Sin embargo, "maíz" es el término más reconocido internacionalmente y el preferido científicamente, afirma Gallavotti, también profesor del Departamento de Biología Vegetal de la Facultad de Ciencias Biológicas y Ambientales de Rutgers.
El maíz está presente en muchos aspectos de la vida cotidiana en todo el mundo. Es un alimento básico para muchas culturas de todo el mundo y es rico en hidratos de carbono, fibra, vitaminas y minerales. También tiene importantes aplicaciones industriales: se utiliza como pienso para el ganado, para la producción de plásticos biodegradables, adhesivos y textiles, y para producir etanol.
La investigación es fruto de la colaboración entre científicos de Rutgers y la Universidad de Nueva York, dirigidos por Shao-shan Carol Huang, y otras instituciones, que se centran en abordar las indagaciones sobre el complejísimo y extenso genoma del maíz. Esta colaboración ha sido decisiva para avanzar en la comprensión de lo que regula cuándo y dónde se activan y desactivan los genes en el maíz, explicó Gallavotti.
El equipo empezó por comprender mejor cómo los factores de transcripción modulan los genes del maíz, ajustando, regulando o controlando su nivel de actividad. Tras examinar grandes cantidades de datos bioinformáticos, crearon un mapa de los sitios de unión de los factores de transcripción en el genoma del maíz. Los factores de transcripción se fijan a partes especiales del ADN de la planta de maíz denominadas regiones cis-reguladoras.
Una vez que los investigadores dispusieron de esta información, pudieron comparar estos sitios de unión entre diferentes líneas de maíz para comprender las variaciones. En el estudio, el equipo contrastó dos tipos diferentes de plantas de maíz, B73 y Mo17.
"Descubrimos que hay grandes diferencias en el lugar de unión de los factores de transcripción y en la organización de estas regiones cis-reguladoras en los dos tipos de maíz", dijo Gallavotti. "Estas diferencias afectan a la expresión génica, y los rasgos resultantes son una fuente importante de variación en el maíz".
Utilizando una herramienta biológica extremadamente precisa conocida como CRISPR-Cas9, el equipo editó algunas de estas regiones de ADN y estudió los efectos de los cambios en la planta, incluso en un gen que regula la resistencia a los gusanos de la espiga.
CRISPR son las siglas en inglés de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas. Se trata de un mecanismo de defensa natural de las bacterias, que utilizan para protegerse de los virus. Los científicos han adaptado este sistema para utilizarlo en la edición de genes.
El sistema consta de dos componentes clave. El ARN CRISPR es una molécula que guía el sistema hasta la secuencia de ADN específica que debe editarse. Cas9 es una enzima o proteína que actúa como unas tijeras moleculares para cortar el ADN en el lugar deseado.
"La variación en estas regiones reguladoras cis fue crucial para la domesticación y mejora de muchos cultivos", afirma Gallavotti. "Hoy en día, tecnologías como CRISPR-Cas9 nos permiten introducir cambios en determinados rasgos, y las regiones cis-reguladoras son objetivos importantes para estos cambios".
Hasta ahora, el reto para los científicos ha sido averiguar a qué dirigirse.
"Nuestro análisis ayuda a cartografiar y estudiar estas regiones, que pueden utilizarse para mejorar las especies cultivadas", afirma Gallavotti. "Esperamos que este recurso pueda utilizarse para seleccionar regiones concretas para cualquier rasgo. Puede ser resistencia al estrés, resistencia a plagas, modificación de la arquitectura de una planta".
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Publicación original
Mary Galli, Zongliang Chen, Tara Ghandour, Amina Chaudhry, Jason Gregory, Fan Feng, Miaomiao Li, Nathaniel Schleif, Xuan Zhang, Yinxin Dong, Gaoyuan Song, Justin W. Walley, George Chuck, Clinton Whipple, Heidi F. Kaeppler, Shao-shan Carol Huang, Andrea Gallavotti; "Transcription factor binding divergence drives transcriptional and phenotypic variation in maize"; Nature Plants, Volume 11, 2025-6-12
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