Con precios bajos y patrones climáticos impredecibles, estos son tiempos difíciles para los productores de algodón de Estados Unidos, pero una nueva investigación dirigida por Z. Jeffrey Chen de la Universidad de Texas en Austin podría ofrecer un descanso para la industria. Él y un equipo han tomado elprimer paso hacia una nueva forma de criar algodón más vigoroso y productivo a través de un proceso llamado modificación epigenética.
En las últimas décadas, los científicos han descubierto que muchos rasgos de los seres vivos están controlados no solo por su genética, lo que está escrito en el código de su ADN, sino también por procesos fuera de su ADN que determinan si, cuándo y cuántolos genes se expresan, conocidos como epigenética. Esto abre la posibilidad de formas completamente nuevas de criar plantas y animales. Al activar y desactivar selectivamente la expresión génica, los mejoradores podrían crear nuevas variedades sin alterar los genes.
En este último estudio, los investigadores identificaron más de 500 genes que se modifican epigenéticamente entre variedades de algodón silvestre y algodón domesticado, algunos de los cuales se sabe que se relacionan con rasgos agronómicos y de domesticación. Esta información podría ayudar a la selección de los tipos de rasgos quelos mejoradores quieren alterar, como el rendimiento de fibra o la resistencia a la sequía, el calor o las plagas. Por ejemplo, las variedades de algodón silvestre pueden albergar genes que los ayudan a responder mejor a la sequía, pero han sido silenciados epigenéticamente en algodón domesticado.
"Esta comprensión nos permitirá complementar el mejoramiento genético con el mejoramiento epigenético", dice Chen, DJ Sibley Centennial Professor of Plant Molecular Genetics en el Departamento de Biociencias Moleculares ". Dado que ahora sabemos cómo los cambios epigenéticos afectan la respuesta de floración y estrés,podría reactivar genes sensibles al estrés en algodón domesticado ".
En un estudio publicado en la revista biología del genoma Chen y sus colegas de la Universidad Texas A&M y la Universidad Agrícola de Nanjing en China informan que produjeron un "metiloma", una lista de genes y elementos genéticos que se activaron o desactivaron mediante un proceso natural llamado metilación del ADN. Un metilomaproporciona pistas importantes para las empresas de biotecnología que desean adaptar los cultivos a través de la modificación epigenética. Este metiloma cubre la forma más extendida de algodón, conocida como Upland o algodón americano; su primo, Pima o algodón egipcio; y sus parientes silvestres, mientras muestra cómo estoslas plantas cambiaron durante más de un millón de años.
"Saber cómo cambió el metiloma durante la evolución y la domesticación ayudará a acercar esta tecnología a la realidad", dice Chen.
El algodón es el cultivo de fibra más importante del mundo, con más de 150 países involucrados en la exportación e importación de algodón. Los ingresos comerciales anuales estimulados por el algodón en la economía de EE. UU. Superan los $ 100 mil millones, lo que lo convierte en el cultivo de valor agregado número 1 de Estados Unidos.
Los investigadores descubrieron que los cambios en la metilación del ADN se produjeron cuando las variedades silvestres se combinaron para formar híbridos, los híbridos se adaptaron a los cambios en su entorno y, finalmente, los humanos los domesticaron. Un hallazgo clave es que el cambio que permitió que el algodón pasara de una planta adaptada acrecer solo en los trópicos a uno que crece en muchas partes del mundo no fue un cambio genético, sino epigenético.
Los investigadores encontraron que el algodón silvestre contiene un gen metilado que evita que florezca cuando las horas de luz son largas, como en el verano en muchos lugares, incluidos los Estados Unidos y China. En el algodón domesticado, el mismo gen perdió estemetilación, que permite que el gen se exprese, un cambio epigenético que permitió que el algodón se globalizara.
Chen dice que los mejoradores modernos pueden modificar la metilación de genes con productos químicos o mediante tecnologías de edición de genes modificadas como CRISPR / Cas9. Estos métodos podrían permitir a los mejoradores realizar cambios específicos en el epigenoma de una planta y crear nuevas razas con rasgos mejorados. La mejora epigenética podría seraplicado no solo al algodón sino a muchos otros cultivos importantes como trigo, canola, café, papas, plátanos y maíz.
La nueva investigación se basa en el mapa de secuencia genética más completo del algodón americano o Upland hasta la fecha, que también fue desarrollado por Chen y sus colaboradores en 2015.
Investigaciones anteriores rastrearon los orígenes del algodón domesticado hace 1,5 millones de años, cuando dos especies silvestres diferentes formaron un híbrido que finalmente dio lugar a las modernas especies de algodón Upland y Pima. Chen y su equipo descubrieron que los cambios de metilación del ADN en un híbrido similar hicieronhoy se compartieron con aquellos en algodones silvestres y cultivados, lo que sugiere que estos cambios han persistido a través de la evolución, la selección y la domesticación. Esa es una buena noticia para los criadores que desean asegurarse de que los cambios que hagan hoy no se desvanezcan rápidamente en las generaciones futuras.
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Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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