Identifican gen relacionado con la tolerancia del maíz al estrés ambiental

De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), aunque el maíz es originario de Mesoamérica, es el cereal más cultivado a nivel mundial, debido a su fácil adaptación a diferentes climas y su tolerancia a la baja cantidad de nutrientes en el suelo.

Carlos Humberto Ortiz Ramírez, investigador de la Unidad de Genómica Avanzada (UGA-Langebio) del Cinvestav, participó en un estudio para entender las características que permiten la adaptación de este cultivo, así como identificar el tejido de la raíz responsable de su resistencia a condiciones climáticas severas y los genes que lo regulan.

En este trabajo, en el que se encontró un gen relacionado con la tolerancia del maíz tanto a la sequía como a inundaciones, también colaboraron investigadores de las universidades de Nueva York, de Pensilvania y de Cornell, así como del Laboratorio Cold Spring Harbor y el Instituto Boyce Thompson, en Estados Unidos.

De acuerdo con los resultados del artículo, publicado en la revista Science, se trata de un circuito genético controlado por el gen SHORT-ROOT (SHR, por sus siglas en inglés), que participa en el aumento del grosor del córtex, un tejido ubicado alrededor de la raíz, que reduce la pérdida de humedad cuando hay poca disponibilidad de agua.

Ortiz Ramírez explicó que el gen SHR activa la división celular, a partir de una proteína que se mueve entre las células del córtex, para dar lugar a una o varias capas extras de este tejido.

“A pesar de que el córtex desempeña un papel clave frente a inundaciones, sequías o falta de nutrientes, no se tenía información acerca de los genes encargados de modular su crecimiento como respuesta a las condiciones adversas del ambiente. Por lo cual, la identificación del gen SHR y su mecanismo de acción es un primer paso para obtener cultivos más resistentes, en especial en el contexto del cambio climático”, dijo el especialista del Cinvestav.

El estudio se realizó en la variedad de maíz conocida como B73, la cual es muy utilizada por su alto rendimiento; una vez descrita la vía del gen SHR, los investigadores analizaron si también estaba presente en una especie conocida como milo (Setaria viridis), un cultivo emparentado con el maíz y popular en Asia por su alta resistencia a la sequía.

“Comprobamos que tanto en maíz como en S. viridis el gen SHR actúa de manera similar, activando la división celular bajo demanda y dando lugar a una o varias capas extras de córtex, lo cual indica se trata de un mecanismo compartido por varias especies de plantas”, señaló Ortiz Ramírez.

Otra de las aportaciones de este trabajo fue la obtención de un mapa de todas las células de la raíz del maíz, que incluye los genes presentes en cada tejido y sus efectos en la función del mismo, información que puede ser consultada por la comunidad científica internacional.

Además, se identificaron firmas genéticas que caracterizan dos secciones en el córtex del maíz, la interna en donde tiene lugar la simbiosis con los hongos microscópicos, llamados micorrizas, los cuales facilitan la absorción de los nutrientes del suelo; y la externa, asociada a la tolerancia a la sequía y las inundaciones, esto a través de la proliferación de células que conservan la humedad o que forman huecos para que la planta obtenga oxígeno y no se ahogue cuando llueve demasiado.

La generación del mapa molecular de la raíz del maíz requirió del uso de una técnica que permite obtener la información genética de cada célula individual, pero a gran escala; es decir, son secuenciadas miles de células al mismo tiempo.

Para esto se empleó un chip con canales microscópicos a través de los cuales pasan cada una de las células y son marcadas con un color específico, dependiendo de a qué tejido de la raíz pertenecen, antes de su secuenciación.

El resultado fue una base de datos de los genes encendidos en las células de la raíz, después, basándose en el color con el que se marcaron, se pudo determinar el lugar que ocupaba cada célula y así construir un mapa tridimensional en el cual es posible ubicar tejidos y genes específicos.

Actualmente, con la información recopilada, los investigadores están tratando de encontrar cuáles son las variaciones en el circuito genético mediado por SHR entre plantas tolerantes a condiciones adversas como el maíz y las que no son tan resistentes, como es el caso del trigo; un elemento clave para hacer más selectivo el mejoramiento genético de cultivos cuyo rendimiento se verá afectado por el cambio climático.

Puedes revisar el artículo original en este enlace: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj2327