Un estudio internacional dirigido por la Universidad de Zurich identificó un gen en la planta modelo Arabidopsis que reduce la cantidad de polen. Además de apoyar la teoría evolutiva, estos hallazgos podrían ayudar a optimizar el fitomejoramiento y la domesticación en la agricultura.

En el siglo XIX, Charles Darwin reconoció que la cantidad de gametos masculinos ( polen para plantas , esperma para animales) es muy variable entre individuos y especies. A primera vista, un alto número de gametos masculinos parece beneficioso para la competencia entre los machos para producir más crías. Sin embargo, muchas especies domesticadas tienen un número reducido de gametos masculinos. En teoría, podría ser ventajoso reducir el costo de producción de gametos masculinos, por ejemplo, cuando la tasa de autofecundación o endogamia es alta y se necesitan menos gametos masculinos para una reproducción exitosa.

«Hasta ahora, ha habido poca evidencia para apoyar esta idea, porque la producción de gametos masculinos es un rasgo complejo afectado por muchos genes con pequeños efectos y su base molecular sigue siendo desconocida», dice Kentaro Shimizu, profesor de biología evolutiva y estudios ambientales. en la Universidad de Zurich (UZH). Un estudio internacional bajo su dirección ahora proporciona tal evidencia y demuestra que una reducción en el recuento de polen no es necesariamente perjudicial, pero en realidad es ventajosa en una especie autofertilizante.

Para su investigación, los investigadores utilizaron la bien caracterizada planta modelo Arabidopsis thaliana, que es principalmente autofertilizante y tiene un número reducido de granos de polen en comparación con sus parientes en la naturaleza. Contaron el número de polen de 144 plantas con antecedentes genéticos distintos y encontraron variaciones de 2,000 a 8,000 granos de polen por flor. Luego compararon los genomas de estas variantes, buscando diferencias entre las plantas con mayor y menor número de polen.

El gen recientemente identificado reduce el número de plantas de polenAnteras maduras de Arabidopsis thaliana: en comparación con el tipo salvaje (izquierda), el mutante rdp1 (derecha) contiene solo la mitad de los granos de polen (en magenta). Crédito: Hiroyuki KakuiEl gen RDP1 controla la producción de polen

Este análisis computacional , un denominado estudio de asociación de todo el genoma, reveló un gen que afecta la cantidad de polen que produce cada planta, que posteriormente se denominó gen NÚMERO DE POLEN REDUCIDO1 (RDP1).

Utilizando la nueva tecnología de edición del genoma CRISPR-Cas9, los investigadores crearon varias variantes mutantes del gen RDP1, tanto en plantas con alto y bajo número de polen. Cruzaron las plantas mutadas entre sí y contaron el polen que produjo la descendencia híbrida. «Estos experimentos confirmaron el efecto sutil pero significativo del gen RDP1», dice el coautor Misako Yamazaki, un equipo técnico del grupo Shimizu. Una comparación con otros organismos reveló que el gen codifica un factor que promueve la construcción de ribosomas, las fábricas celulares para la producción de proteínas.

El equipo investigó si la reducción en el recuento de polen se seleccionó positivamente y no ocurrió de manera incidental. Para esto, utilizaron un método estadístico para obtener información sobre la evolución del gen RDP1 dentro de las plantas modelo con diferente producción de polen. Los resultados mostraron que el rasgo para el recuento reducido de polen se ha seleccionado positivamente.

Además, el equipo de investigación estudió la evolución de las muchas regiones genómicas asociadas con el recuento de polen. La selección en el recuento de polen fue muy fuerte, en comparación con estudios previos de más de 100 rasgos como la resistencia a enfermedades y las respuestas ambientales. Esto apoya la importancia del número de polen para el éxito reproductivo.

«La evidencia respalda la predicción teórica de que la inversión reducida en gametos masculinos es ventajosa. Esto no solo es importante para la biología evolutiva, sino también para la práctica del fitomejoramiento y la domesticación en general», explica Shimizu. «Muchas plantas de cultivo tienen un número reducido de polen debido a la domesticación. Reducir el costo de producción de polen puede aumentar el rendimiento del cultivo. Por otro lado, muy pocos granos de polen podrían ser un obstáculo para la reproducción y la producción de semillas. Nuestro estudio abre el camino para mejoramiento molecular del número óptimo de polen «.de la universidad de Zurich

Fuente: UPI