Los científicos están cada vez más cerca de encontrar los genes de la masculinidad en el cáñamo de agua y el amaranto Palmer, dos de las malezas agrícolas estadounidenses más problemáticas.
Encontrar los genes podría permitir nuevos métodos de "control genético" para las malezas, cuales, en muchos lugares, ya no responden a los herbicidas. Waterhemp y Palmer amaranto son dioicas, lo que significa que tienen plantas masculinas y femeninas.
“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, científico de malezas de la Universidad de Illinois y autor principal de un estudio en Nuevo fitólogo.
Tranel y sus colegas habían identificado previamente marcadores moleculares asociados con la región genómica masculina. Después de secuenciar los genomas masculinos, los investigadores pudieron usar esos marcadores para concentrarse en la región específica de los hombres. Ahora, están dentro de 120 a 150 genes de encontrar su objetivo.
“Estamos seguros de que la mayoría de esos aproximadamente 120 genes probablemente no estén haciendo nada. Son solo cosas que se acumulan en esa región del genoma, ”, Dice Tranel. "Si tuviera que adivinar, Yo diría que quizás 10 de ellos están haciendo algo relevante ".
Dioecia
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, ya menudo dentro de la misma flor. Waterhemp y Palmer amaranto, sin embargo, son dioicas.
Dioecy significa que es imposible que una planta se autopolinice; en lugar de, Los gametos femeninos deben ser fertilizados con polen masculino de otra planta. Eso es bueno para garantizar la diversidad genética en una población. Y es probablemente lo que ha hecho que el cáñamo y el amaranto 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 efectivas de herbicidas, ”, 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 comprender cómo evoluciona el fenómeno.
A diferencia de los animales, en el que se cree que la dioica ha evolucionado solo una 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 y el amaranto Palmer, dos especies muy relacionadas.
"No estoy listo para decir que sabemos absolutamente que evolucionaron por separado, pero toda la información que encontramos apoya 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. Así que si, De hecho, Palmer y waterhemp realmente evolucionaron la dioecia por separado, pero ambos adquirieron este gen Florigen por una ventaja de aptitud, sería un buen ejemplo de evolución paralela ".
Tranel espera reducir aún más la región Y específica de los machos 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 de machos en el cáñamo de agua (Amaranthus tuberculatus) y el amaranto de Palmer (Amaranthus palmeri), se publica en Nuevo fitólogo.
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 el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA y la Sociedad Max Planck.
