Las aves lo hacen. Las abejas lo hacen. Las plantas también lo hacen. Y por una buena razón: la reproducción sexual ha evolucionado como la forma natural de barajar el mazo genético de cartas, por así decirlo. Esa mezcla comienza realmente antes de que los organismos produzcan células sexuales esperma y óvulo. En este proceso, llamado meiosis, los cromosomas coincidentes heredados de las secciones de intercambio de la madre y el padre de un organismo, producen células que son genéticamente distintas de cualquiera de los padres. Esta reactivación genética produce diversos combos de rasgos que pueden ser "manos ganadoras"para la descendencia, dándoles una ventaja competitiva.
En comparación con los animales, sin embargo, no se comprende exactamente cómo las plantas entran en esta mezcla meiótica. Como embriones, los animales dedican una llamada línea germinal de células para la meiosis futura, pero las plantas retrasan el reclutamiento de células hasta muy tarde en el desarrollo, e inclusoluego, asignan el trabajo a solo un puñado de células dentro de cada flor.
Ahora, en un nuevo estudio, los investigadores de Stanford han construido una línea de tiempo de células de maíz, o maíz, plantas sometidas a la transición meiótica. "Utilizamos un nuevo método para observar una transición importante del ciclo de vida en el maíz de una manera que no eraanteriormente posible, lo que nos permite descubrir etapas durante esta transición ", dijo Brad Nelms, investigador postdoctoral en el laboratorio de Virginia Walbot, profesor de biología en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford, y coautor con ella en el estudio.
Los hallazgos, publicados en la edición del 5 de abril de la revista ciencia , muestra que el camino hacia la meiosis en el maíz avanza sin problemas a medida que los genes se activan, luego se puntúa con dos saltos bruscos en la actividad durante las primeras etapas meióticas. En general, los resultados también demuestran cómo se puede arrojar nueva luz sobre la antigua, previamenteexaminó procesos biológicos, como la meiosis, aportando herramientas novedosas. Tal enfoque tiene implicaciones mucho más allá del ámbito de la vida vegetal.
"La meiosis se ha examinado principalmente enfocándose en los cambios en la estructura cromosómica", dijo Nelms. "En su lugar, analizamos la meiosis por expresión génica y descubrimos que esto proporcionaba información complementaria".
Walbot agregó: "Una conclusión de nuestro trabajo es que es valioso observar diferentes aspectos de la fisiología celular durante la meiosis; los cambios que no son detectables con un método pueden ser obvios con otro. Este hallazgo probablemente sea cierto en otros organismos, incluidos los humanos "
maíz adelante y multiplicar
Nelms y Walbot comenzaron su estudio recolectando maíz cultivado en un invernadero en el campus de Stanford. Luego, los investigadores aislaron los pequeños órganos en forma de tubo llamados anteras donde las esporas producidas a través de la meiosis eventualmente se convierten en polen.
En el transcurso de una semana, los investigadores siguieron el desarrollo de las células reproductivas recolectadas mientras se preparaban para la meiosis. Los detalles esenciales desde una perspectiva genética se capturaron utilizando una técnica conocida como secuenciación de ARN de células individuales scRNA-seqEl ARN es el mensajero molecular entre los genes en el ADN y las fábricas celulares que construyen proteínas basadas en esos planos genéticos. ScRNA-seq captura una instantánea de todos los ARN mensajeros expresados dentro de una célula, así como sus concentraciones relativas, en unmomento único. Al unir diferentes instantáneas de la misma célula, los científicos pueden generar una línea de tiempo detallada que muestra cómo las diferentes proteínas se activan y desactivan durante un proceso celular, en este caso meiosis. Además, las células con identidades genéticas similares se pueden agruparjuntos y rastreados a través del tiempo.
Los científicos descubrieron que los cambios más notables ocurrieron cuando las células dieron los últimos toques a su preparación para la meiosis y comenzaron a entrar en su fase más temprana. En dos puntos temporales, aproximadamente una cuarta parte de los genes más expresados cambiaron dos o más en su actividadLos investigadores especulan que los saltos duales en la expresión génica tienen que ver con las alternancias en la estructura cromosómica durante la meiosis, así como con la diferenciación celular más grande a medida que las células se preparan para el posterior desarrollo del polen.
Para obtener más información sobre estos saltos, Nelms y Walbot también estudiaron la meiosis en mutantes de maíz. En una cepa mutante, las células no reproductoras que rodean a las células reproductoras no maduran. En otro mutante, la progresión de las células reproductivas a través dela meiosis se descarriló. En ambos casos, sin embargo, todavía se produjeron protuberancias recién descubiertas en la actividad genética. Esto sugirió que las señales de las células adyacentes no eran necesarias para los picos observados, y que incluso si el resto de la meiosis falla, las células sexuales aún se ejecutansu programa de desarrollo cableado.
"Somos los primeros en documentar estos aumentos duales en la expresión génica durante la meiosis en el maíz, pero es probable que también ocurran en otros organismos", dijo Walbot.
Implicaciones para plantas, animales y nosotros
El estudio proporciona una hoja de ruta para seguir los primeros eventos durante el desarrollo del polen en las plantas. Obtener un control más sólido sobre el inicio de la meiosis también podría ayudar a los fitomejoradores a combinar mejor y combinar combinaciones genéticas para crear nuevos cultivos con rasgos deseables.la meiosis es ineficiente; los pocos intercambios que ocurren entre los cromosomas son a menudo de una variedad gruesa, involucrando bloques de genes vecinos que se mueven en masa ". Imagina jugar a las cartas y cortar el mazo en lugar de barajar entre juegos, cada juego sería algo similar ael último ", dijo Nelms.
Aclarar los detalles de cómo las células de las plantas se preparan y luego pasan por la meiosis podría indicar formas de inclinar la balanza hacia una mayor recombinación genética, o su opuesto. Además de mezclar rasgos, los mejoradores enfrentan el desafío inverso de arreglar los rasgos;es decir, asegurar su herencia por las futuras generaciones de cultivos. Ejemplos de rasgos deseables incluyen sequía que aumenta el rendimiento y resistencia a enfermedades, o un mayor valor nutricional.
"Comprender mejor la meiosis puede proporcionar formas de eliminar la recombinación genética cuando se desee", dijo Walbot. "En este proceso, las plantas producen semillas idénticas a la planta madre, transmitiendo combinaciones de rasgos ventajosos a toda la progenie y beneficiándonos a nosotros, los consumidores".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford - Facultad de Humanidades y Ciencias . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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