El que passa sota terra en un camp de blat de moro és fàcil de passar per alt, però l'arquitectura de l'arrel del blat de moro pot tenir un paper important en l'adquisició d'aigua i nutrients, afectant la tolerància a la sequera, l'eficiència de l'ús de l'aigua i la sostenibilitat. Si els criadors poguessin animar les arrels del blat de moro a créixer en un angle més pronunciat, el cultiu podria accedir a recursos importants més profunds al sòl.
Un primer pas cap a aquest objectiu és aprendre els gens implicats en el gravitropisme, el creixement de les arrels en resposta a la gravetat. En un nou estudi publicat a la Actes de l'Acadèmia Nacional de Ciències, científics de la Universitat de Wisconsin, en col·laboració amb investigadors de la Universitat d'Illinois. identificar quatre d'aquests gens al blat de moro i la planta model Arabidopsis.
Quan una llavor en germinació es gira de costat, algunes arrels fan un gir sobtat i pronunciat cap a la gravetat, mentre que altres giren una fracció més lentament. Els investigadors van utilitzar mètodes de visió artificial per observar diferències subtils en el gravitropisme de les arrels en milers de plàntules i van combinar aquestes dades amb la informació genètica per a cada plàntula. El resultat va mapejar les posicions probables dels gens del gravitropisme al genoma.
El mapa va portar els investigadors al barri adequat del genoma (regions d'uns quants centenars de gens), però encara estaven molt lluny d'identificar gens específics per al gravitropisme. Afortunadament, tenien una eina que els podria ajudar.
"Com que prèviament havíem realitzat el mateix experiment amb la planta Arabidopsis, molt relacionada, vam poder fer coincidir els gens dins de les regions rellevants del genoma d'ambdues espècies. Les proves de seguiment van verificar la identitat de quatre gens que modifiquen el gravitropisme arrel. La nova informació ens podria ajudar a entendre com la gravetat configura les arquitectures del sistema arrel", diu Edgar Spalding, professor del Departament de Botànica de la Universitat de Wisconsin i autor principal de l'estudi.
Matt Hudson, professor del Departament de Ciències dels Cultius de la Universitat d'Illinois i coautor de l'estudi, afegeix: "Vam analitzar un tret poc investigat del blat de moro que és important per diverses raons, especialment en el context del canvi climàtic. . I ho vam fer fent que les diferències evolutives entre les plantes funcionin a favor nostre".
El blat de moro i l'Arabidopsis, un petit parent de mostassa descrit exhaustivament pels biòlegs vegetals, van evolucionar amb uns 150 milions d'anys de diferència en la història evolutiva. Hudson explica que, tot i que ambdues espècies comparteixen funcions bàsiques de les plantes, els gens que les controlen probablement s'han barrejat dins del genoma al llarg del temps. Això resulta ser una bona cosa per reduir els gens comuns.
En espècies estretament relacionades, els gens tendeixen a alinear-se aproximadament en el mateix ordre en el genoma (per exemple, ABCDEF). Tot i que els mateixos gens poden existir en espècies llunyanes relacionades, l'ordre dels gens a la regió a la qual s'assigna el tret no coincideix (per exemple, UGRBZ). Després que els investigadors identifiquessin on buscar a cada genoma, les seqüències gèniques que no coincidien d'una altra manera van fer que els gens comuns (en aquest cas B) apareguessin.
"Vaig pensar que era genial poder identificar gens que no hauríem trobat d'una altra manera només comparant els intervals genòmics en espècies vegetals no relacionades", diu Hudson. "Estàvem bastant segurs que eren els gens adequats quan van sortir d'aquesta anàlisi, però el grup de Spalding va passar set o vuit anys més obtenint dades biològiques sòlides per verificar que, de fet, tenen un paper en el gravitropisme. Un cop fet això, crec que hem validat tot l'enfocament de manera que en el futur podríeu utilitzar aquest mètode per a molts fenotips diferents".
Spalding assenyala que el mètode probablement va tenir un èxit particular perquè es van fer mesures precises en un entorn comú.
"Sovint, els investigadors del blat de moro mesuraran els seus trets d'interès en un camp, mentre que els investigadors d'Arabidopsis tendeixen a criar les seves plantes a les cambres de creixement", diu. "Vam mesurar el fenotip del gravitropisme arrel d'una manera molt controlada. Aquestes llavors es van cultivar en una placa de Petri i l'assaig va durar poques hores, a diferència dels trets que podríeu mesurar al món real que estan oberts a tot tipus de variabilitats".
Fins i tot quan els trets es poden mesurar en un entorn comú, no tots els trets són bons candidats per a aquest mètode. Els investigadors destaquen que els trets en qüestió haurien de ser fonamentals per a la funció bàsica de les plantes, assegurant que existeixin els mateixos gens antics en espècies no relacionades.
"El gravitropisme pot ser especialment susceptible d'estudiar mitjançant aquest enfocament perquè hauria estat clau per a l'especialització original de brots i arrels després de la colonització exitosa de la terra", diu Spalding.
Hudson assenyala que el gravitropisme també serà clau per a la colonització d'un paisatge diferent.
"La NASA està interessada a fer cultius en altres planetes o a l'espai i han de saber per a què hauríeu de criar per fer-ho", diu. "Les plantes estan bastant descobertes sense gravetat".
L'article, "Aprofitant l'ortologia dins del blat de moro i Arabidopsis QTL per identificar gens que afecten la variació natural del gravitropisme", es publica al Actes de l'Acadèmia Nacional de Ciències [DOI: 10.1073/pnas.2212199119]. La investigació va ser finançada per la National Science Foundation.
El Departament de Ciències dels Cultius es troba al Col·legi de Ciències Agrícoles, del Consumidor i del Medi Ambient de la Universitat d'Illinois Urbana-Champaign.
Una font: https://www.sciencedaily.com