Durante años, Elizabeth Toby Kellogg, PhD, miembro e Investigador Distinguido Robert E. King y otros investigadores del Donald Danforth Plant Science Center Danforth Center condujeron arriba y abajo de las carreteras de los Estados Unidos continentales, ocasionalmente deteniéndoseal costado de la carretera para recolectar pequeñas plantas de malezas y llevarlas de regreso al laboratorio. La hierba de las malezas era mijo verde Setaria viridis, una hierba modelo pequeña con un ciclo de vida corto que utiliza un proceso de fijación de carbono conocido como la vía C4,lo que ayuda particularmente a las plantas a prosperar en ambientes cálidos y áridos. El maíz y la caña de azúcar se encuentran entre los principales cultivos C4 de alto rendimiento, al igual que las materias primas candidatas para biocombustibles Miscanthus y pasto varilla.
Innumerables viajes por carretera y cientos de plantas han dado como resultado un artículo, "Un recurso genómico para el mijo verde Setaria viridis permite el descubrimiento de loci agronómicamente valiosos", en Nature Biotechnology. Kellogg y sus colegas, junto con investigadores del Instituto HudsonAlpha de Biotecnologíay el Instituto Conjunto del Genoma JGI del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab, generó secuencias del genoma para casi 600 plantas de mijo verde y publicó una referencia de muy alta calidadSecuencia del genoma de S. viridis. El análisis de estas secuencias del genoma de las plantas también llevó a los investigadores a identificar por primera vez un gen relacionado con la dispersión de semillas en poblaciones silvestres.
"Hasta donde sabemos, nadie ha descubierto un gen de dispersión de esa manera", dijo Kellogg, autor principal del artículo. "Este artículo es el primero en examinar una gran cantidad de diversidad natural y decir: 'Sí, hayhay genes que afectan este fenotipo '".
Resultados de una "cantidad enorme" de secuenciación
La dispersión de semillas es fundamental para las plantas en la naturaleza, pero es un rasgo indeseable para los cultivos domesticados porque reduce los rendimientos de la cosecha. Durante miles de años, los agricultores han seleccionado plantas de cereales sin este rasgo devastador, refiriéndose al momentocuando el grupo de semillas en la punta de cada rama se rompe para que las semillas se puedan dispersar, de modo que las semillas permanezcan sobre la planta que se va a recolectar
El mapeo de la asociación llevó al equipo a identificar un gen llamado Less Shattering 1 SvLes1; los estudios de edición de genes dirigidos por el coautor Pu Huang confirmaron que estuvo involucrado en la ruptura al apagarlo. "Es una nueva variante genética de ruptura identificadaen una población natural. No se han descubierto muchos de estos genes destructores que permiten que una planta llegue hasta la semilla pero evitan que las semillas se caigan ", dijo Jeremy Schmutz, director del Programa de Plantas de JGI, quien también es investigador de la facultad HudsonAlpha".Este podría ser otro mecanismo para detener la destrucción y domesticar cultivos ". La forma en que ocurre la destrucción varía ampliamente entre cultivos, agregó Kellogg, y la destrucción de genes puede ser específica de especies o grupos de especies.
Los datos del genoma también revelaron que el mijo verde se introdujo en los Estados Unidos varias veces desde Eurasia. El equipo también identificó un gen asociado con el ángulo de la hoja, que determina cuánta luz solar pueden recibir las hojas y, a su vez, sirve como un predictor del rendimiento.El gen es un ortólogo de genes conocidos, "El gen ha sido mapeado ahora en el maíz como involucrado en el ángulo de la hoja", señaló Schmutz. "Es un buen ejemplo de descubrimiento de novo y luego mapeo para identificar genes candidatos".
A través del Programa de ciencia comunitaria de JGI, se generaron secuencias de varios cientos de genomas de plantas de mijo verde, aunque los análisis finales se centraron en 598 individuos. Schmutz y su equipo reunieron y anotaron los genomas en HudsonAlpha. Sujan Mamidi y Adam Healey, dos de los co-primeros autores, dirigieron los análisis de datos y ensamblaron el "pangenoma" del mijo verde un conjunto de 51.000 genes que representan todos los genes que están presentes en una especie determinada.
"Este es un gran ejemplo de desarrollo de una infraestructura genómica a gran escala con un sistema razonablemente accesible", dijo Schmutz. "La construcción del pangenoma y las accesiones nos permite ver la variación de presencia / ausencia fácilmente y encontrar genes faltantes en particular.accesiones, y para confirmar fenotipos, que validan rasgos. "
"El número de líneas secuenciadas no es trivial, y todas se ensamblaron de novo, lo que permitió al equipo observar la presencia / ausencia de genes completos", coincidió Kellogg. Obtener esa información es difícil. Hay una buena razón por la que nadie ha hechoes un montón de trabajo. No lo habría hecho sin la contribución del grupo de Jeremy. Es solo una gran cantidad de secuenciación ".
un recurso para muchas aplicaciones
Kellogg señaló que los cultivos C4 han despertado mucho interés porque son muy productivos incluso con altas temperaturas, mientras que los cultivos C3 se han vuelto menos eficientes en la fotosíntesis, una preocupación a medida que los fenómenos meteorológicos extremos se vuelven más frecuentes ". Una gran parte de DanforthLa misión del Centro es alimentar a los hambrientos y mejorar la salud humana. Así que hay una pregunta importante: cómo convertir un cultivo C3 en un cultivo C4. Debería haber un regulador maestro, pero nadie lo ha encontrado ", reflexionó Kellogg.. viridis genome] es un recurso para muchas aplicaciones diferentes. Ha sido maravilloso colaborar con el grupo JGI, y este [proyecto] no hubiera sido posible sin su participación; es algo que ni siquiera hubiéramos comenzado ".
Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de los Recursos Sostenibles Japón y la Academia China de Ciencias Agrícolas China también participaron en este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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