Plantas bajo estrés: cómo el centeno reorganiza sus genes
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Investigadores del Instituto Leibniz de genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivo (IPK) y de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg han obtenido nuevos conocimientos sobre las bases genéticas de la reproducción del centeno. Demostraron cómo las plantas recombinan sus genes y hasta qué punto influyen en este proceso factores ambientales como la carencia de nutrientes. Los resultados se publican en la revista "New Phytologist".
Los investigadores estudiaron la base genética y la plasticidad ambiental de la recombinación meiótica en una gran población de centeno. Utilizaron más de 500 plantas de centeno, algunas de las cuales
en condiciones normales y otras en condiciones de escasez de nutrientes. El material procedía del banco genético federal ex situ del IPK y de variedades de población disponibles en el mercado, y todas las plantas se cultivaron en los terrenos del experimento "Cultivo eterno del centeno" de la Universidad Martin-Luther de Halle-Wittenberg.
Este experimento, creado en 1878 por Julius Kühn, sigue realizándose en la actualidad. En una larga serie de experimentos se comparan diversos sistemas de sustitución de nutrientes y humus, desde el estiércol de granja y la fertilización mineral completa hasta zonas sin fertilización. "Esta zona era especialmente adecuada para el estudio porque la carencia de nutrientes se había acumulado durante un periodo muy largo, lo que la hacía muy estable", explica el Dr. Steven Dreissig, jefe del grupo de investigación independiente "Genética Reproductiva Vegetal".
Los investigadores recogieron polen y secuenciaron los núcleos celulares de más de 3.000 espermatozoides de 584 individuos. Su objetivo era determinar el número de eventos de cruce entre los cromosomas parentales e identificar sus posiciones. Por primera vez se pudo estudiar este proceso directamente en el polen, es decir, donde realmente tiene lugar, y en cantidades tan grandes.
"Pudimos demostrar que los genes de las plantas se mezclan mucho menos cuando hay una carencia de nutrientes que cuando éstos se suministran en cantidades adecuadas", afirma Christina Wäsch, primera autora del estudio. "Se puede pensar que es como jugar a las cartas: si las cartas se barajan a medias, se crean menos combinaciones nuevas". Sin embargo, eso no es todo. El equipo de investigación también descubrió diferencias entre tipos de plantas. Mientras que el cultivar moderno se mantuvo relativamente estable durante el estudio, las variedades antiguas y las formas silvestres eran susceptibles al estrés, explica Christina Wäsch. "Esto demuestra que la diversidad genética desempeña un papel importante en la forma en que las plantas afrontan los cambios ambientales".
El equipo de investigación también investigó la base genética de la recombinación. "En nuestro estudio, demostramos que la tasa de recombinación no está controlada por un único interruptor maestro, sino por numerosas pequeñas regiones genéticas que actúan de forma concertada", explica el Dr. Steven Dreissig. Ahora se conocen más de 40 alelos y dos genes candidatos. "Ahora conocemos las zonas del cromosoma donde se localizan estos numerosos interruptores genéticos, pero a menudo aún no conocemos todos los genes decisivos".
"No obstante, nuestro estudio actual supone una importante contribución a nuestra comprensión de la arquitectura genética y la plasticidad ambiental de la recombinación meiótica", afirma el Dr. Dreissig. "A diferencia de estudios anteriores, que sólo examinaban genotipos individuales o unos pocos, nosotros analizamos los efectos genéticos en una población grande y genéticamente diversa". El investigador del IPK cree que identificar los genes que controlan la recombinación bajo estrés podría ser una valiosa herramienta de mejora genética. "El control selectivo de la recombinación bajo estrés ayudará a acelerar el desarrollo de nuevos cultivos mejorados más resistentes a condiciones ambientales adversas".
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