Una simple modificación genética puede triplicar el número de granos del sorgo, una planta tolerante a la sequía que es una fuente importante de alimento humano y animal, y para producción de biocombustible en muchas partes del mundo. En una nueva investigación publicada ayer en Nature Communications, los científicos del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) han descubierto cómo cambiar tal modificación genética aumenta el rendimiento de la planta: reduciendo el nivel de una hormona clave, generando más flores y más semillas. Su descubrimiento apunta hacia una estrategia para aumentar significativamente el rendimiento de otros cultivos de granos.
Doreen Ware, Ph.D., Profesor Adjunto Asociado del CSHL y científico investigador en el Servicio de Investigación Agrícola (ARS) del USDA, dirigió la investigación, junto con su colega Zhanguo Xin, Ph.D. del ARS. Su estudio se centró en cepas de sorgo de alto rendimiento que fueron generadas hace varios años por el Dr. Xin. Una mutación genética desconocida introducida por mutagénesis química, un método utilizado para muchos cultivos y rendimientos desde la década de 1950, da como resultado un aumento en el número de granos, es decir, semillas contenidas en las frutas, que produce cada planta.
Al igual que muchos cultivos de cereales, los granos de sorgo se producen en racimos de flores que se desarrollan a partir de una estructura elaboradamente ramificada en la parte superior de la planta llamada panícula. Cada panícula puede producir cientos de flores. Hay dos tipos de flores, y generalmente solo una de ellas, conocida como espiguilla sésil (SS), es fértil. El otro tipo de flor, llamado espiguillas pediceladas (PS), no produce semillas. En las plantas modificadas que produjo el Dr. Xin, sin embargo, tanto las espiguillas sésiles como las pediceladas produjeron semillas, triplicando el número de granos de cada planta.
Los granos de sorgo se producen en racimos de flores que se desarrollan a partir de una estructura elaboradamente ramificada en la parte superior de la planta llamada panícula. Cada panícula puede producir cientos de flores. Hay dos tipos de flores. En la planta que se encuentra en la naturaleza (izquierda), solo una de ellas, la espiguilla sésil (SS), es fértil. El otro tipo, las espiguillas pediceladas (PS), no producen semillas. En una versión modificada de la planta (derecha), las espiguillas sésiles y pediceladas producen semillas, triplicando el número de cada planta.
Ware y su equipo querían entender qué causó este cambio dramático. Al secuenciar por completo los genomas de las plantas modificadas, descubrieron que las mutaciones clave afectaban a un gen que regula la producción de hormonas. Las plantas que portan la mutación producen niveles anormalmente bajos de una hormona reguladora del desarrollo llamada ácido jasmónico, particularmente durante el desarrollo floral.
A través de experimentos posteriores, el equipo aprendió que el ácido jasmónico evita que las espiguillas pediceladas produzcan semillas. “Entonces, cuando la hormona vegetal es baja, obtenemos semillas en cada una de las flores. Pero cuando la hormona vegetal es alta, tenemos un número reducido de flores fértiles, que terminan en un número reducido de semillas”, explica el Dr. . Yinping Jiao del laboratorio Ware, coprotagonista del nuevo artículo.
Ahora que el equipo ha descubierto los cambios biológicos que triplican la producción de granos de sorgo, esperan aplicar la misma estrategia para aumentar la producción de granos en plantas relacionadas que son vitales en el suministro mundial de alimentos, como arroz, maíz y trigo. El conocimiento ayudará a guiar la mejora de los cultivos a través de prácticas de mejoramiento tradicionales, así como también enfoques que aprovechan las tecnologías de edición del genoma, dice Ware.
