Científicos del INTA estudian el ADN contenido en los cloroplastos,
organelas del citoplasma de la célula vegetal encargadas de realizar la
fotosíntesis. Mediante técnicas de inducción de mutaciones, detectaron
genes mutadores que permiten obtener variabilidad en sectores específicos
del genoma de las plantas.
miércoles 19 de junio de 2019
La disponibilidad de variabilidad genética en genes que regulan caracteres
de interés, es decir, la posibilidad de contar con versiones o
alternativas (alelos) de esos genes, es muy apreciada por los científicos
que trabajan en biología y en el mejoramiento genético de los cultivos.
Para aumentar la variabilidad existente en plantas cultivadas, una de las
estrategias que puede utilizarse es a través de Técnicas de Mutaciones
Inducidas (TMIs), que consisten en la aplicación de estreses físicos o
químicos capaces de provocar daños en el genoma por encima de la capacidad
de reparación de las células.
En el mundo, las primeras investigaciones sobre estas técnicas datan de
fines de la década del 30, mientras que, en el Instituto de Genética
"Ewald Favret" del INTA, también tienen una larga tradición y este año se
celebran siete décadas de continuidad en el estudio de estas técnicas y
su aplicación en plantas cultivadas. Los trabajos fueron iniciados por el
Ing. Agr. Ewald Favret, reconocido investigador argentino y pionero en
estudios de genética vegetal, de quien hoy el instituto lleva su nombre.
Otra forma de incrementar la variabilidad disponible, cuya aplicación está
mucho menos extendida que la de las TMIs, es a través del uso de plantas
que presenten algún defecto en los genes encargados de reparar los daños
que suelen ocurrir en el ADN por fenómenos naturales. Al tener impedidas
algunas funciones de reparación del ADN, en estas plantas se originan más
errores de lo habitual, algunos de los cuales quedan finalmente fijados
como mutaciones. Los genes que las originan se denominan Genes Mutadores.
De ambas maneras, es posible acelerar la tasa de mutaciones por encima de
la natural y, así, obtener una explosión de nueva variabilidad. "En las
siguientes generaciones, nuestra tarea es seleccionar aquellas plantas
mutantes que portan alelos útiles, ya sea para investigar la funcionalidad
de algunos genes o la base genética de determinados caracteres", explicó
Alberto Prina, investigador del Instituto de Genética del INTA, al tiempo
que añadió: "Luego, estos conocimientos y los nuevos materiales originados
podrán ser utilizados para la obtención de plantas con características
agronómicas mejoradas".
Exploración del genoma de los cloroplastos
En los cloroplastos tiene lugar el proceso de fotosíntesis, una función
esencial para las plantas y, en gran medida, para la vida en el planeta
tal como existe en la actualidad. Junto con las mitocondrias, estas
organelas están ubicadas en el citoplasma de la célula vegetal y contienen
su propio ADN.
El pequeño genoma de los cloroplastos retuvo un escaso número de genes –
algo más de 100 genes– de los que originalmente portaba el organismo
procarionte que le dio origen, una cianobacteria que, de acuerdo con la
teoría endosimbiótica, fue fagocitada por una célula eucariótica ancestral
a partir de la cual evolucionaron a lo largo de un período que se calcula
cerca de mil millones de años.
"Muchos detalles de la funcionalidad de los genes del plastoma no son
conocidos y su variabilidad genética, que es muy escasa, ha sido muy poco
utilizada para el mejoramiento de los cultivos", comentó Prina.
A diferencia de los genes del núcleo de las plantas superiores, los genes
del plastoma se comportan bajo reglas genéticas más laxas y conforman un
genoma altamente conservado. Ambas cuestiones no solo restringen la
disponibilidad de variabilidad genética y vuelven muy difíciles las
posibilidades de que estos genes muten artificialmente, sino que, además,
su diferente comportamiento genético hace que el aislamiento de nuevas
mutantes del plastoma sea más dificultoso que el de mutantes de genes del
núcleo.
Sin embargo, un equipo de investigadores del Instituto de Genética del
INTA halló la excepción a la regla al identificar un gen que desestabiliza
la genética del cloroplasto. La detección se logró mediante TMIs y
permitió obtener nueva variabilidad en sectores del genoma de las plantas
de los que, por ausencia de variantes, aún hoy se desconocen muchos
detalles de su funcionalidad.
Documentado por primera vez en 1992, este genotipo mutador –denominado
mutador de cloroplastos de cebada (cpm)– es un logro a contramano de la
tendencia bibliográfica. Por la relevancia del hallazgo, su publicación
fue reconocida con el Segundo Premio Nacional en Ciencias Biológicas de la
Secretaría de Cultura de la Nación (1989-1992) y el Premio Francisco Sáez
de la Sociedad Argentina de Genética (1991-1993).
Evidenciado –en primera instancia– por producir unas pocas y sutiles
estrías longitudinales deficientes en clorofila en las hojas de las
plantas que lo portan, el cpm se aisló sobre familias de plantas
provenientes de un tratamiento mutagénico combinado de rayos X y azida
sódica. Respecto de este último compuesto químico, uno de los más
utilizados en la aplicación de TMIs, el Instituto de Genética del INTA ha
sido pionero en la realización de estudios que aportan a su conocimiento
desde principios de los años 70.
En tanto, Alejandra Landau, actual responsable de la línea de
investigación en el Instituto de Genética del INTA, destacó: "Además de
inducir un amplio espectro de mutantes deficientes en clorofila con base
genética en los cloroplastos, hemos comprobado que el cpm, a su vez,
induce una enorme cantidad de polimorfismos moleculares en el plastoma".
Un estudio reciente –presentado por Franco Lencina, investigador del
Instituto de Genética del INTA, en el marco de su tesis doctoral– echó luz
sobre el efecto que causa el cpm sobre la recombinación de secuencias
particulares del plastoma, como el gen rpl23 y su pseudogen.
"Esto significa que, además de un aumento de la tasa de mutaciones, el cpm
incrementó notablemente la tasa de recombinación entre segmentos parecidos
que habitualmente no deben recombinar", explicó Lencina, al tiempo que
aseguró: "Este fenómeno puede ser de trascendencia para la incorporación
de genes en el plastoma a través de técnicas biotecnológicas".
Búsqueda implacable
En el transcurso de la investigación, que hoy lleva 35 años desde el
aislamiento de la mutante inestable, se detectaron más de 60 polimorfismos
que afectan una amplia variedad de genes del plastoma y varias regiones
intergénicas –regiones de ADN situadas entre los genes–.
"Los genes afectados pertenecen, en general, a la maquinaria genética del
plástido y al aparato fotosintético, aunque también se aislaron otras
mutantes en genes como el matK, que se encuentra en estudio actualmente y
cuyas funciones aún no están establecidas con claridad", describió Landau.
Gracias al uso del mutador cpm, pudo obtenerse un amplio espectro de
mutantes del plastoma, muchas caracterizadas por cambios en la
pigmentación clorofílicas y otras que muestran diferencias notables en la
estabilidad genética y en las respuestas a estrés abiótico y a herbicidas.
"Algunas de las mutantes aisladas resultaron ser absolutamente novedosas",
remarcó Prina.
Publicada como hallazgo científico en 2003, una de las mutantes
identificadas correspondió al gen plastídico infA, cuya funcionalidad en
las plantas hasta ese entonces se infería a partir del conocimiento en
bacterias. "La proteína codificada por este gen se encarga de hacer más
eficiente la síntesis de proteínas en el cloroplasto; existen similares en
todo el abanico de los seres vivos, desde las bacterias hasta el ser
humano", indicó Landau.
De acuerdo con Gabriela Pacheco, actualmente directora del Instituto de
Genética del INTA, "los resultados obtenidos muestran que las TMIs son una
herramienta poderosa, tanto para investigaciones fundamentales en
vegetales, como para su aplicación en el mejoramiento de los cultivos".
En este último caso, "los bajos costos y requerimientos de infraestructura
y la fácil adaptación a distintos cultivos y objetivos de mejoramiento
hacen de esta metodología una excelente estrategia para contribuir a la
resolución de muy diversas problemáticas que se presentan en los programas
de mejoramiento", argumentó Pacheco, quien ha realizado investigaciones en
el grupo que también integran Vanina Brizuela, María Elizabeth Petterson y
Susana Costoya.
"En el Instituto de Genética Ewald Favret hay una extensa experiencia en
el desarrollo y la aplicación de diferentes tecnologías de generación de
variabilidad genética, y particularmente las estrategias TMIs son
priorizadas para continuar aportando novedades genéticas de alto valor
para el SAAA (Sistema Agropecuario, Agroalimentario y Agroindustrial)",
destacó la investigadora.
事先在植物细胞的领域不熟悉的基因
INTA科学家研究所含的叶绿体DNA的细胞器负责光合作用的植物细胞的细胞质中。通过
诱变技术，他们检测增变基因可以在植物基因组的特定区域获得的可变性。
周三2019年6月19日
可用性遗传变异的调节的兴趣，即性状的基因，其版本或替代这些基因（等位基因）的
可能性，深受生物学和作物遗传改良工作的科学家赞赏。
为了增加在作物植物中的可变性，可以使用的策略之一是通过诱导突变（TMIS）的技
术，包括本申请的物理或化学能够在容量应力造成损坏的基因组中的修复细胞。
在世界范围内，这些技术的早期研究从上世纪30年代后期至今，而在遗传学研究所"埃
瓦尔德Favret" INTA也有七个十年的连续性是在举行一个悠久的传统，今年这些技术的
研究及其在作物的应用。该作品由ING。AGR启动。埃瓦尔德Favret，阿根廷知名的研究
和先锋植物遗传学，今天谁学会他的名字命名的研究。
以增加可用的变化的另一种方式，实施比婴儿死亡率普遍要少得多，是通过使用植物体
负责修理，往往由自然现象发生在DNA损伤的基因缺陷。通过具有禁用DNA修复的某些功
能在这些植物中更多的错误比平常，其中一些被最终设定为突变出现。源于基因称为基
因变异符。
无论哪种方式，有可能加速上述自然突变的速度，从而获得新的变异的爆炸。 "在下一
代，我们的任务是选择携带有用的等位基因突变的那些植物，无论是调查某些基因或某
些性状的遗传基础的功能，"阿尔贝托瀑润，研究员INTA遗传学研究所说，尽管他补充
说："那么这个知识和新的起始材料可用于获得植物具有改良农艺性状。"
叶绿体基因组扫描
叶绿体在光合作用中，植物的一种重要功能，主要是为了地球上的生命，因为它存在的
今天发生。随着线粒体，这些细胞位于植物细胞的细胞质和包含自己的DNA。
小叶绿体基因组保留了一个小数目的基因的东西超过100 genes-的最初就发起原核生
物，即，根据该内共生理论是由一个祖先真核细胞吞噬蓝藻从他们发展了估计大约十亿
年的时间段。
"的质体基因是未知的，他们的遗传变异，这是非常小的功能很多细节，一直很少用于
作物改良，"瀑润说。
不同于高等植物的核基因，这些基因质体表现下laxer遗传规律，形成一个高度保守的
基因组。这两个问题不仅限制了遗传变异的可用性，并变得非常困难的可能性，这些基
因变异人工，而且他们的不同的遗传行为导致的新的突变体隔离比突变基因plastoma更
加困难核心。
然而，一队来自INTA的遗传学研究所的研究人员发现的例外通过识别基因不稳定的叶绿
体基因。检测通过TMIS实现在植物的基因组，由于缺乏变种，甚至它的许多功能细节现
在未知的新产生变异部门。
在1992年首次记载，这个突变基因突变-called大麦（CPM）的叶绿体基因型 - 是一项
成就专柜文学思潮。这一发现的意义，它的出版是从国家（1989- 1992年）和弗朗西斯
科Sáez研究阿根廷奖遗传学会（1991-1993）的文化部授予第二届全国奖在生物科学。
-In证实第一个实例，以产生一些细微缺陷纵向叶绿素携带它植物的叶槽中，CPM分离从
一个诱变处理组合透视和叠氮化钠植物的家庭。关于后者化合物，TMIS的最广泛的应用
之一，INTA的遗传学研究所已率先研究70年代初以来，有助于他们的知识。
与此同时，亚历杭兰道，目前负责在INTA的遗传学研究所的研究，说："除了诱导突变
在基因基础上，叶绿体叶绿素缺失的广谱性，我们发现，CPM，他又诱导在质体分子的
多态性大量的"。
由弗兰克，研究员INTA的遗传学研究所，作为他的论文doctoral-上的效果棚光的一部
分引起的cpm对原质体系特定序列的重组如基因及其假rpl23最近的一项研究Lencina呈
递。
"这意味着，除了增加了突变率，增加的cpm通常不应重组相似片段之间的重组显著率
"表示Lencina，而说："这现象可能是关注的给通过生物技术的质体基因的整合"。
不懈追求
在调查过程中，由于不稳定的突变体的分离承载35年中，影响各种各样的基因的质体和
位于genes-检测之间的各种间隔区-regions DNA 60个多态性。
"受影响的基因通常属于质体和光合器官的遗传机制，尽管其他突变体中的基因作为
matK序列也分离，在目前发现的研究和其功能尚未明确建立"，描述朗多。
通过使用增变CPM，可以得到的突变体的广谱性质体系许多特征在于在色素沉着等叶绿
素变化表示遗传稳定性显着差异并且在对非生物胁迫和除草剂的响应。 "一些分离的突
变体的发现是相当创新，"他说瀑润。
发表在他相当于INFA其功能的植物，直到之后，从知识推断在细菌中确定的突变质体基
因的2003科学发现。 "由该基因编码的蛋白质是负责在叶绿体更有效的蛋白质合成;在
整个生物体的范围相似，从细菌到人类"，朗多说。
据加布里埃拉帕切科，目前INTA的遗传学研究所所长，"结果显示，TMIS都在蔬菜，如
在作物改良利用基础研究的有力工具。"
在后一种情况下，"成本低，基础设施的要求，容易适应不同作物和育种目标做出这种
方法的优秀策略，有助于解决各种育种程序中出现的问题"他认为帕切科，谁该组还包
括Vanina Brizuela的，玛丽·伊丽莎白·彼得森和Susana Costoya中进行的研究。
"在遗传学埃瓦尔德Favret研究所有产生遗传变异在不同技术的开发和应用丰富的经
验，特别是TMIS战略优先继续为SAAA（农业系统，Agroalimentario提供高价值的创新
基因和农工），"研究人员说。