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Mutaciones genéticas en plantas.

Mutaciones genéticas en plantas.


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Estoy tratando de plantar algunos árboles que generalmente son nativos de climas más fríos en un clima subtropical, ¿existe alguna posibilidad de que si planto estos 20 árboles jóvenes en los inviernos, crecerán hasta convertirse en un árbol, debido a alguna mutación genética aleatoria, dados todos los nutrientes? todo proporcionado a ella?

El árbol en cuestión es Deodar


Creo que la supervivencia potencial de sus plántulas podría atribuirse más probablemente a su cuidado y manejo que a mutaciones genéticas aleatorias. Si bien, por supuesto, las mutaciones del ADN ocurren durante la replicación celular, la evolución a escala de toda la planta ocurre principalmente en el transcurso de generaciones, no durante la vida útil de una sola planta. Es posible que pueda lograr que estos árboles prosperen en su entorno con cierto cuidado y amor, aunque es posible que no crezcan con tanta fuerza. Aquí hay un enlace a un sitio web de jardinería con consejos sobre cómo cultivar cedro en el jardín de una casa, aunque estoy de acuerdo con el comentarista en que obtendrá mucha mejor ayuda en el Intercambio de jardinería y paisajismo.

¡Mucha suerte con sus esfuerzos hortícolas!


Las mutaciones ocultas del ADN del tomate reveladas en un estudio genético de 100 variedades

Después de siglos de crianza, los tomates ahora toman todo tipo de formas y tamaños, desde la fruta parecida a una cereza hasta la abundante fruta de la reliquia. Los científicos están desentrañando a nivel de genes cómo y por qué aparecen estos cambios físicos. Crédito: Laboratorio Lippman / CSHL / HHMI

Los apetitos humanos han transformado el tomate, con el ADN y todo. Después de siglos de reproducción, lo que alguna vez fue una baya sudamericana del tamaño aproximado de un guisante, ahora toma todo tipo de formas y tamaños, desde la fruta parecida a una cereza hasta la abundante fruta de la reliquia.

Hoy en día, los científicos están averiguando cómo se manifiestan estos cambios físicos a nivel de los genes, un trabajo que podría orientar los esfuerzos modernos para modificar el tomate, dice el investigador del Instituto Médico Howard Hughes, Zachary Lippman.

Él y sus colegas ahora han identificado mutaciones ocultas ocultas durante mucho tiempo dentro de los genomas de 100 tipos de tomate, incluida una planta silvestre de bayas de naranja de las Islas Galápagos y variedades que generalmente se procesan en salsa de tomate y salsa.

Su análisis, descrito el 17 de junio de 2020, en la revista Celda, es la evaluación más completa de tales mutaciones, que alteran largas secciones de ADN, para cualquier planta. La investigación podría conducir a la creación de nuevas variedades de tomate y la mejora de las existentes, dice Lippman. Un puñado de las mutaciones que su equipo identificó alteran características clave, como el sabor y el peso, mostraron los investigadores.

Estudios anteriores han demostrado durante mucho tiempo que estas mutaciones existen en los genomas de las plantas, dice Lippman, un genetista de plantas del Laboratorio Cold Spring Harbor. & # 8220Pero hasta ahora, no teníamos & # 8217t una forma eficiente de encontrarlos y estudiar su impacto, & # 8221, dice.

Una ventana al genoma

Las mutaciones o cambios en los cuatro tipos de letras de ADN que se llevan dentro de las células de un organismo pueden alterar sus características físicas. Los científicos que estudian plantas se han centrado generalmente en un tipo de mutación pequeña y manejable, en la que una letra de ADN se intercambia por otra.

Las mutaciones que el equipo de Lippman & # 8217 estudió son mucho más grandes: modifican la estructura del ADN # 8217 copiando, eliminando, insertando o moviendo secciones largas de ADN en otras partes del genoma. Estas mutaciones, también llamadas variaciones estructurales, ocurren en todo el mundo viviente. Los estudios en humanos, por ejemplo, han relacionado estas variaciones con trastornos como la esquizofrenia y el autismo.

Los investigadores demostraron que la variación estructural, en este caso el número de copias de un gen, puede alterar la fruta. Las plantas con tres copias de genes (izquierda) produjeron frutos un 30 por ciento más grandes que las que tenían una (derecha). Crédito: M. Alonge et al./Cell 2020

Los científicos pueden identificar mutaciones leyendo las letras del ADN mediante una técnica conocida como secuenciación genética. Sin embargo, las limitaciones de esta tecnología han dificultado la decodificación de secciones largas de ADN, dice Lippman. Así que los investigadores no han podido capturar una imagen completa de las mutaciones estructurales en el genoma.

Aun así, los genetistas de plantas han sospechado que estas mutaciones contribuyen significativamente a los rasgos de las plantas, dice Michael Purugganan, que estudia el arroz y las palmeras datileras en la Universidad de Nueva York y no participó en el nuevo estudio. & # 8220Por eso & # 8217 este artículo es tan emocionante & # 8221, dice. El equipo de Lippman & # 8217 no solo encontró estas mutaciones en el tomate y sus parientes silvestres, sino que también determinó cómo funcionan dentro de las plantas, dice.

Una guía para los tomates del futuro

El nuevo estudio, una colaboración con Michael Schatz en la Universidad Johns Hopkins y otros, identificó más de 200.000 mutaciones estructurales en tomates utilizando una técnica llamada secuenciación de lectura larga. Lippman lo compara con mirar a través de una ventana panorámica a grandes secciones del genoma. En comparación, la secuenciación más convencional ofrecía solo una mirilla, dice.

La mayoría de las mutaciones que encontraron no cambian los genes que codifican rasgos. Pero lo que está claro, dice Lippman, es que muchas de estas mutaciones alteran los mecanismos que controlan la actividad de los genes. Uno de esos genes, por ejemplo, controla el tamaño del fruto del tomate. Al modificar la estructura del ADN, en este caso, el número de copias del gen, el equipo de Lippman & # 8217 pudo alterar la producción de frutas. Las plantas que carecen del gen nunca producen frutos, mientras que las plantas con tres copias del gen producen frutos un 30 por ciento más grandes que aquellas con una sola copia.

El equipo de Lippman también demostró cómo la estructura del ADN puede influir en los rasgos en un ejemplo que él llama & # 8220 notablemente complejo & # 8221. Demostraron que se necesitaban cuatro mutaciones estructurales juntas para cultivar un rasgo de cosecha importante en tomates modernos.

Este tipo de información podría ayudar a explicar la diversidad de rasgos en otros cultivos y permitir a los obtentores mejorar las variedades, dice Lippman. Por ejemplo, quizás agregar una copia adicional del gen del tamaño a las cerezas molidas diminutas, un pariente cercano del tomate, podría aumentar su atractivo al hacerlas más grandes, dice.

& # 8220Uno de los santos griales en la agricultura es poder decir, & # 8216Si muto este gen, sé cuál será el resultado, & # 8221, dice. & # 8220El campo está dando pasos importantes hacia este tipo de reproducción predecible. & # 8221


El sistema CRISPR / Cas9 produce una edición de genes dirigida específica y homocigótica en el arroz en una generación

Se ha demostrado que el sistema CRISPR / Cas9 induce de manera eficiente la edición de genes específicos en una variedad de organismos, incluidas las plantas. Un trabajo reciente mostró que las mutaciones genéticas inducidas por CRISPR / Cas9 en Arabidopsis eran en su mayoría mutaciones somáticas en la generación temprana, aunque algunas mutaciones podrían heredarse de manera estable en generaciones posteriores. Sin embargo, no está claro si este sistema funcionará de manera similar en cultivos como el arroz. En este estudio, probamos en dos subespecies de arroz 11 genes diana para determinar su aptitud para la edición inducida por CRISPR / Cas9 y determinamos los patrones, la especificidad y la heredabilidad de las modificaciones genéticas. El análisis de los genotipos y la frecuencia de genes editados en la primera generación de plantas transformadas (T0) mostró que el sistema CRISPR / Cas9 era altamente eficiente en arroz, con genes diana editados en casi la mitad de las células embriogénicas transformadas antes de su primera división celular. Se encontraron fácilmente homocigotos de genes diana editados en plantas T0. Las mutaciones genéticas se pasaron a la siguiente generación (T1) siguiendo la ley mendeliana clásica, sin ninguna nueva mutación o reversión detectable. Incluso con búsquedas exhaustivas que incluyeron la resecuenciación del genoma completo, no pudimos encontrar ninguna evidencia de desvío a gran escala en el arroz para ninguno de los muchos objetivos probados en este estudio. Al secuenciar específicamente los supuestos sitios fuera del objetivo de un gran número de plantas T0, se encontraron mutaciones de baja frecuencia en solo un sitio fuera del objetivo donde la secuencia tenía una diferencia de 1 pb con respecto al objetivo deseado. En general, los datos de este estudio apuntan a que el sistema CRISPR / Cas9 es una herramienta poderosa en la ingeniería del genoma de cultivos.

Palabras clave: Edición de genes dirigida al arroz CRISPR / Cas9.

© 2014 Sociedad de Biología Experimental, Asociación de Biólogos Aplicados y John Wiley & Sons Ltd.


AGRADECIMIENTOS

Agradecemos al profesor Ningning Wang de la Universidad de Nankai por su ayuda en los análisis bioquímicos, y al profesor Chun-Ming Liu del Instituto de Botánica, la Academia de Ciencias de China, por la lectura crítica del manuscrito. Este trabajo fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales (31361140355, 31401893, 31272184), Proyectos Piloto del Plan Nacional de Desarrollo Clave (Investigación de la genómica funcional y aplicación de trigo y otros cultivos), Programa Escolar de Beijing y Programa de Talentos Excelentes de Beijing (2014000021223TD03), Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Beijing (6141001, 6144023, WRDMC01), Ministerio de Ciencia y Tecnología de China (2015BAD02B0202, 2014BAD01B08) y Ministerio de Agricultura de China (CARS-26).


D.G. evaluó el fenotipo de las plantas y se preparó para la evaluación genotípica. C.Z. y S.Z. realizó el análisis bioinformático. B. H. realizó un análisis microscópico. SUDOESTE. participó en la creación de 406 plantas mutagenizadas. D.G., Z.Z. y S.H. escribió el manuscrito.

Se puede encontrar información de respaldo adicional en línea en la pestaña de información de respaldo de este artículo: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.12558/suppinfo

Archivo de apoyo S1. Secuencia de proteínas de SCL1 homólogos en diversas especies

Archivo de apoyo S2. Materiales y métodos

Tabla de apoyo S1. Distribución de mutaciones de 51 G a A o C a T

Tabla de apoyo S2. Genes expresados ​​diferencialmente en plantas de tipo salvaje y mutantes

Tabla de apoyo S3. La lista de secuencias de cebadores utilizadas en este estudio.

Tenga en cuenta: El editor no es responsable del contenido o la funcionalidad de la información de apoyo proporcionada por los autores. Cualquier consulta (que no sea contenido faltante) debe dirigirse al autor correspondiente del artículo.


Un comentario general sobre la eficiencia

En general, la eficiencia y la especificidad de la edición de un enfoque particular deben evaluarse al nivel de generación estable de plantas en la especie de interés. La extrapolación de reglas derivadas de protoplastos y otras especies no asegura necesariamente niveles de éxito similares en todas las plataformas. Más importante aún, existe una variabilidad considerable en la eficiencia del ARNg, que no parece cambiar con el sistema de expresión o el método de entrega Cas9 y, a menudo, es difícil de predecir. A pesar de todas las modificaciones y alternativas, para muchas aplicaciones, SpCas9 será suficiente y puede que no haya una ventaja clara para un sistema sobre otro en cuanto a eficiencia o especificidad. Esto es especialmente cierto en el direccionamiento de mutaciones de un solo gen en plantas que regeneran callos, que típicamente producen altas tasas de recuperación de mutantes homocigotos, o en Arabidopsis cuando se considera la especificidad. En esos casos, la facilidad de uso del sistema y su registro de validación en planta podría ser la consideración más fuerte. Un trabajo reciente proporciona evidencia de que el tratamiento de las plantas por choque térmico a 37 ° C durante breves períodos de tiempo puede mejorar las tasas de edición de Cas9 (LeBlanc et al. 2018). Este efecto es evidente tanto en los tejidos somáticos como en los de la línea germinal, donde se observan aumentos de hasta 100 veces en las tasas de edición. Este efecto está relacionado con una mayor eficiencia de la escisión del ADN de doble hebra Cas9 a 37 ° C. Curiosamente, este tratamiento simple funciona en múltiples especies, lo que sugiere que esta puede ser una excelente herramienta para reforzar los experimentos de edición en todos los sistemas.


Modificación genética de animales y humanos.

Hoy en día, el ganado a menudo se cría de forma selectiva para mejorar la tasa de crecimiento y la masa muscular y fomentar la resistencia a las enfermedades. Por ejemplo, ciertas líneas de pollos criados para la carne se han criado para crecer un 300 por ciento más rápido hoy que en la década de 1960, según un artículo de 2010 publicado en el Journal of Anatomy. Actualmente, ningún producto animal en el mercado de los EE. UU., Incluido el pollo o la carne de res, está modificado genéticamente y, por lo tanto, ninguno está clasificado como productos alimenticios transgénicos o transgénicos.

Durante las últimas décadas, los investigadores han estado modificando genéticamente los animales de laboratorio para determinar las formas en que la biotecnología podría algún día ayudar a tratar enfermedades humanas y reparar el daño tisular en las personas, según el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano. Una de las formas más nuevas de esta tecnología se llama CRISPR (pronunciado "nítido").

La tecnología se basa en la capacidad del sistema inmunológico bacteriano para utilizar regiones CRISPR y enzimas Cas9 para inactivar el ADN extraño que ingresa a una célula bacteriana. La misma técnica hace posible que los científicos apunten a un gen específico o grupo de genes para su modificación, dijo Gretchen Edwalds-Gilbert, profesora asociada de biología en Scripps College en California.

Los investigadores están utilizando la tecnología CRISPR para buscar curas para el cáncer y para encontrar y editar fragmentos individuales de ADN que pueden conducir a futuras enfermedades en un individuo. La terapia con células madre también podría hacer uso de la ingeniería genética, en la regeneración del tejido dañado, como el de un derrame cerebral o un ataque cardíaco, dijo Edwalds-Gilbert.

En un estudio muy controvertido, al menos un investigador afirma haber probado la tecnología CRISPR en embriones humanos con el objetivo de eliminar el potencial de ciertas enfermedades. Ese científico se ha enfrentado a un severo escrutinio y estuvo bajo arresto domiciliario en su país de origen, China, durante algún tiempo.


Una vieja herramienta genética en biología vegetal todavía tiene valor

Las herramientas científicas para la investigación en genética vegetal se desvanecen continuamente a medida que evolucionan nuevos métodos. Sin embargo, los investigadores de la Universidad Estatal de Mississippi han descubierto que un método más antiguo, el uso de secuencias de ADN de cloroplasto fragmentado, aún se mantiene firme en medio de las tecnologías modernas.

Las repeticiones de secuencia simple de cloroplasto o microsatélites (cpSSR) son fragmentos cortos y repetidos de ADN que marcan ubicaciones específicas en el genoma de una planta. Los marcadores cpSSR se utilizan para estudiar la evolución de las plantas, como el fitomejoramiento y la hibridación en especies agrícolas y la diversidad genética de las plantas de interés para la conservación. Son especialmente útiles para distinguir grupos de plantas y resolver sus relaciones evolutivas.

Gregory Wheeler, la profesora asociada Lisa Wallace y sus colegas encontraron que los estudios de plantas que usan cpSSR están en aumento. El número de estudios de plantas que utilizan cpSSR se ha duplicado en los últimos diez años. Desde 1995, las cpSSR se han utilizado para estudiar plantas silvestres y cultivadas de 85 familias de plantas diferentes, siendo la más común la historia de los pinos (familia Pinaceae) hasta la última edad de hielo.

Muchos laboratorios de investigación de plantas están recurriendo a los últimos métodos de secuenciación de próxima generación para recopilar datos genéticos moleculares porque estos métodos permiten una "huella digital" más completa del ADN de la planta. Sin embargo, como señala Wallace, "todavía hay muchos laboratorios que no tienen los recursos financieros o genómicos para hacer factibles los métodos de secuenciación de próxima generación".

La revisión publicada que detalla el estado de las cpSSR en genética vegetal se publica en un número reciente de Aplicaciones en Ciencias Vegetales.

Debido a que las cpSSR siguen siendo un método popular, Wheeler y sus colegas exploraron sus riesgos y beneficios para descubrir las preguntas científicas más adecuadas e informativas que las cpSSR pueden responder en estudios futuros.

El problema más frecuente con las cpSSR, que menos del 33 por ciento de los estudios evaluó, se llama homoplastia de tamaño. La homoplasia de tamaño ocurre cuando las mutaciones en el ADN surgen de manera independiente, lo que hace que el ADN de diferentes plantas parezca similar por descendencia evolutiva. La homoplastia de tamaño puede llevar a los científicos a sobrestimar la relación entre plantas.

Para ilustrar los riesgos de la homoplastia de tamaño, Wheeler y sus colegas obtuvieron sus propios datos sobre el género de la planta. Acmispon, un miembro de la familia de los guisantes que se encuentra en toda California, EE. UU. Cuatro de los nueve loci probados exhibieron homoplasia de tamaño dentro o entre especies. "Me sorprendió encontrar una falta de pruebas de homoplasia en los estudios de cpSSR dada la frecuencia con la que lo detectamos en nuestro propio conjunto de datos", comenta Wallace.

Para estudios futuros, Wallace y sus colegas sugieren el uso de cpSSR que se desarrollaron para especies de plantas específicas. Este enfoque puede ayudar a evitar problemas de homoplasia de tamaño y responder preguntas relacionadas con la conservación genética y la variabilidad de especies individuales, como las que son económica y ecológicamente importantes.

"Ha habido grandes transiciones hacia las técnicas NGS en la última década", dice Wallace, "pero nuestro artículo muestra que las cpSSR siguen siendo un tipo útil de marcador para muchos grupos de investigación en ciencias vegetales básicas y aplicadas". A medida que se amplía el número de herramientas genéticas para la investigación de plantas, Wallace señala que la disponibilidad de nuevos sistemas de estudio seguirá creciendo, proporcionando nuevas oportunidades para el uso de cpSSR en biología vegetal.


Los errores en la meiosis pueden resultar en la eliminación de segmentos cromosómicos. Por ejemplo, el síndrome cri du chat es el resultado de una pieza faltante de material genético en el brazo del cromosoma 5. Cuando una parte de un cromosoma se rompe, puede adherirse a otro cromosoma.

Los siguientes son unos cuantos ejemplos:

  • Duplicaciones o amplificaciones: Esto sucede cuando se agrega un cromosoma a un cromosoma homólogo que ya contiene esa secuencia, como se observa en algunos cánceres.
  • Inversiones: Estos ocurren cuando parte del cromosoma se rompe y luego se vuelve a unir al revés. Por ejemplo, el síndrome de Optiz-Kaveggia está relacionado con este tipo de mutación.
  • Translocación: Esto es cuando un componente de un cromosoma se adhiere a un cromosoma no homólogo. Una forma de leucemia está asociada con la mutación por translocación.
  • No disyunción: Este es el fallo de la separación cromosómica, lo que hace que las células reproductoras tengan demasiados o dos pocos cromosomas. Las posibles consecuencias pueden incluir aborto espontáneo, síndrome de Down y síndrome de Turner.

Biografía del ponente

Richard Amasino

Richard Amasino es profesor distinguido de bioquímica en la Universidad de Wisconsin-Madison y profesor del Instituto Médico Howard Hughes. Su laboratorio utiliza la genética y la bioquímica para estudiar el desarrollo de las plantas y la regulación de la floración. Amasino también anima a los estudiantes de pregrado a explorar la genética a través de experimentos con Brassica rapa. Amasino ha sido honrado con numerosos premios por & # 8230 Continuar leyendo


Ver el vídeo: Qué es una mutación genética (Junio 2022).