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Plantas de semilla idénticas a la planta madre

Plantas de semilla idénticas a la planta madre

Científicos obtienen semillas de plantas que son genéticamente idénticas a la planta madre

Un gen alelo de partenogénesis del diente de león apomíctico puede inducir la división de óvulos sin fertilización en lechuga

Beatriz Riverón, Bioquímica farmacéutica

 

El término apomixis proviene del griego y significa «sin mezcla» (apo = «lejos» y mixis = «mezcla»). El concepto se utiliza en sentido estricto como sinónimo de agamospermia, que es la formación de semillas sin fertilización.

En botánica, la apomixis es la reproducción biológica sin fecundación, meiosis o producción de gametos, con el resultado de que las semillas son genéticamente idénticas a las de la planta madre. También se puede definir como un modo de reproducción asexual por semillas del óvulo no fertilizado.

La apomixis ocurre en alrededor del 15% de las angiospermas, en más de 300 especies de más de 35 familias, principalmente en gramíneas, con un 75% en las familias Poaceae, Rosaceae, Rutaceae y Asteraceae.

Los estudios sobre apomixis han sido utilizados para el mejoramiento genético de las plantas por la posibilidad de fijar el vigor híbrido (heterosis), además de otras contribuciones significativas a la agricultura.

Científicos han contribuido con conocimientos fundamentales para el descubrimiento de un nuevo gen que se describe como un elemento innovador para la agricultura mundial. Este gen permite la reproducción natural mediante la clonación en plantas, lo que hace que los rasgos deseables se transmitan a la siguiente generación en lugar de perderse o modificarse cuando las plantas se reproducen mediante la polinización (reproducción sexual).

De esta forma, se producen semillas de plantas que son genéticamente idénticas a la planta madre.

El gen recién descubierto, llamado PAR, controla la partenogénesis, un proceso mediante el cual los óvulos de las plantas se desarrollan naturalmente en embriones sin fertilización.

Normalmente, el gen PAR se activa por fertilización, pero en las plantas que se reproducen por apomixis, este gen se activa espontáneamente, por lo que los óvulos son inducidos a comenzar a dividirse en un nuevo embrión.

Actualmente, crear semillas para una planta anual, como el trigo o el arroz, requiere polinización. Como cada semilla combina características genéticas de dos plantas parentales, no hay dos plántulas iguales. La clonación no es realmente una idea inusual, ya es utilizada en árboles frutales, uvas y fresas (propagación vegetativa), pero traerá las ventajas de este mecanismo de reproducción a muchos otros de los cultivos que sustentan a la humanidad.

Se descubrió también, que las plantas que se reproducen naturalmente por apomixis tienen un transposon en el promotor del gen PAR.

Un transposon es una pequeña porción de ADN delimitada por secuencias repetidas invertidas (secuencias de inserción) que puede “saltar” a lo largo del ADN de la planta entre sitios específicos, insertándose aleatoriamente en el genoma, pudiendo hacerlo en la región reguladora de un gen llamada promotor, o en la secuencia codificadora de un gen, lo que puede conducir a la pérdida de la función génica y/ o generar una nueva mutación. Los transposones tienen una gran influencia en la evolución y composición de los genomas de plantas, animales y microorganismos. Estos elementos genéticos móviles contienen además, un gen que codifica la enzima transposasa, que cataliza su propia escisión e incorporación en el ADN del organismo.

Fue aislado el gen PAR del diente de león apomíctico (Taraxacum spp, familia Asteraceae) que desencadena el desarrollo del embrión a partir de óvulos no fertilizados. A diferencia de los alelos sexuales recesivos, el alelo PAR dominante se expresa en los óvulos. El promotor conteniendo el transposon, puede auxiliar a un gen homólogo sexual de lechuga (Lactuca sativa, familia Asteraceae) de modo que la expresión heteróloga de PAR de diente de león en óvulos de lechuga induce la formación de estructuras similares a embriones haploides en ausencia de fertilización.

Los alelos PAR sexuales se expresan en el polen, lo que sugiere que el producto del gen (una proteína conteniendo zinc) produce un bloqueo en la embriogénesis después de la fertilización en especies sexuales, mientras que en especies apomícticas, la expresión de PAR desencadena la embriogénesis en ausencia de fertilización.
Este fenómeno es muy ventajoso para los agricultores que en lugar de tener que comprar siempre semillas, ahora podrían guardar las suyas propias y usarlas para cultivos con las mismas características escogidas, año tras año, sin perder la calidad deseada.

Por otro lado, es muy interesante la existencia de un transposon involucrado en un proceso tan clave como la apomixis en dos especies diferentes.

Se ha comenzado a investigar si el gen PAR puede causar partenogénesis en plantas que normalmente no se reproducen por apomixis, como el girasol, para comprender mejor cómo este gen podría usarse en el fitomejoramiento de cultivos.

Estas investigaciones se complementan con estudios similares del gen DIP en el diente de león, el cual asegura que el número de cromosomas no se reduzca a la mitad durante la formación de los óvulos cuando ocurre la apomixis por acción del gen PAR.

 

La imagen muestra la estructura esquemática de un transposón
Inverted Repeats: Repeticiones invertidas, implicadas en la integración de los transposones en el ADN receptor.
Genes for transposition: Gen transposasa: Codifica la enzima que media en el proceso de escisión e integración.
Structural genes: Genes estructurales: codifican por ejemplo, en bacterias, enzimas responsables por la resistencia a un determinado antibiótico
Inverted IS: secuencias de inserción invertidas

 

Fuentes
https://www.biologyonline.com/dictionary/apomixis
Acceso el 11/01/2022

Underwood, C. J.; Vijverberg, K.; Rigola, D.; Okamoto, S.; Oplaat, C.; Rik Op den Camp, R. H. M.; Radoeva, T.; Schauer, S. E.; Fierens, J.; Jansen, K.; Mansveld, S.; Busscher, M.; Xiong, W.; Datema, E.; Nijbroek, K.; Blom, E. J.; Bicknell, R.; Catanach, A.; Erasmuson, S.; Winefield, C.; van Tunen, A. J.; Prins, M.; Schranz, M. E.; van Dijk, P. J. (2022).
A PARTHENOGENESIS allele from apomictic dandelion can induce egg cell division without fertilization in lettuce.
Nature Genetics 06/01/2022.

Imagen
https://microbeonline.com/transposons/ Acceso el 12/01/2022

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