URBANA, Ill. - Los científicos están cada vez más cerca de encontrar los genes de la masculinidad en el cáñamo y el amaranto Palmer, dos de las malezas agrícolas más problemáticas de EE. UU.
Encontrar los genes podría permitir nuevos métodos de "control genético" para las malezas, que, en muchos lugares, ya no responden a los herbicidas.
"Si supiéramos qué genes controlan la masculinidad y pudiéramos hacer que esos genes proliferen dentro de la población, cada planta en el campo sería un macho después de unas pocas generaciones, y teóricamente, la población colapsaría", dice Pat Tranel, profesor y director asociado. en el Departamento de Ciencias de los Cultivos en el Universidad de Illinois y autor principal de un estudio en New Phytologist.
Tranel y sus colegas habían identificado previamente marcadores moleculares asociados con la región genómica masculina. Después secuenciación de genomas de malezas masculinas para ambas especies, los investigadores pudieron usar esos marcadores para concentrarse en la región específica del macho. Ahora, están dentro de 120 a 150 genes de encontrar su objetivo.
“Estamos seguros de que la mayoría de esos 120 genes probablemente no estén haciendo nada. Son simplemente cosas que se acumulan en esa región del genoma ”, dice Tranel. "Si tuviera que adivinar, diría que tal vez 10 de ellos están haciendo algo relevante".
Reducir los genes relacionados con el género en estas malezas podría tener un valor práctico para el control, pero el estudio también arroja luz sobre el fenómeno de la dioecia (órganos sexuales masculinos y femeninos en individuos separados) de manera más general. La gran mayoría de los animales son dioicos, pero es raro en las plantas. Más del 90% de las plantas con flores tienen ambos órganos sexuales en el mismo individuo y, a menudo, dentro de la misma flor.
El cáñamo y el amaranto Palmer, sin embargo, son dioicos.
Dioecy significa que es imposible que una planta se autopolinice; en cambio, los gametos femeninos deben ser fertilizados por polen masculino de otra planta. Eso es bueno para garantizar la diversidad genética en una población. Y es probable que sea lo que ha hecho que el cáñamo y el amaranto de Palmer tengan tanto éxito en eludir los efectos perjudiciales de múltiples herbicidas.
“Hasta la fecha, el cáñamo y el amaranto palmer han desarrollado una resistencia a los herbicidas que abarca siete y ocho modos de acción, respectivamente. La reproducción dioica da como resultado que todos estos rasgos de resistencia se mezclen y combinen dentro de los individuos. Esta mezcla ha permitido que las poblaciones de ambas especies combinen múltiples resistencias a herbicidas, dejando a los productores con pocas opciones de herbicidas efectivas ”, dice Tranel.
Comprender el raro fenómeno de la dioica en las plantas puede ayudar a los científicos a reconstruir cómo se heredan los rasgos de cada padre y a comprender cómo evoluciona el fenómeno.
A diferencia de los animales, en los que se cree que la dioica ha evolucionado una sola vez, los científicos creen que la dioica en las plantas ha evolucionado en numerosas ocasiones. Y, según el estudio de Tranel, parece haber evolucionado de forma independiente en el cáñamo acuático y el amaranto Palmer, dos especies muy relacionadas.
“No estoy listo para decir que sepamos absolutamente que evolucionaron por separado, pero toda la información que encontramos respalda esa idea. Solo dos de los 120-150 genes eran similares entre sí en las dos especies ”, dice Tranel.
Uno de esos genes compartidos, Florigen, ayuda a las plantas a responder a la duración del día iniciando la floración. Tranel aún no sabe si determina el género de las flores, pero le intriga que haya aparecido en la región Y específica del macho para ambas especies.
“No lo sabemos con certeza, pero tal vez esté relacionado con los machos que florecen antes que las hembras. Eso podría ser ventajoso para los machos porque luego estarían arrojando polen cuando las primeras hembras se volvieran receptivas. Entonces, si, de hecho, Palmer y waterhemp realmente evolucionaron dioecy por separado, pero ambos adquirieron este gen Florigen para una ventaja de aptitud, ese sería un ejemplo genial de evolución paralela ".
Tranel espera reducir aún más la región Y específica del macho en ambas especies para aislar los genes que determinan la masculinidad. No hay garantía de que se desarrolle una solución de control genético una vez que se identifiquen esos genes; Tranel probablemente necesitaría atraer socios de la industria para eso, pero tener una herramienta de este tipo no está tan lejos como antes.
El artículo, "Regiones cromosómicas Y específicas para hombres en cáñamo de agua (Amaranto tuberculatus) y Palmer amaranto (Amaranthus palmeri) ”, Se publica en New Phytologist [DOI: 10.1111 / nph.17108]. Los autores incluyen a Jacob Montgomery, Darci Giacomini y Pat Tranel de la Universidad de Illinois, y Detlef Weigel del Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo. El proyecto fue apoyado por la Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del USDA y la Sociedad Max Planck.
El Departamento de Ciencias de los Cultivos se encuentra en el Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales en el Ciencia de la hierba de Illinois.
