Cordoba, Spain
April 16, 2020
El profesor de la UCO Miguel Aguilar participa en una publicación sobre genes de referencia para el estudio de la meiosis en trigo, el proceso en el que se generan las células reproductoras
El trigo alimenta al mundo. Según la FAO, el trigo es uno de los principales cultivos del planeta, tanto en extensión como en producción, así como una de las principales fuentes de carbohidratos y proteína vegetal en la alimentación humana. La búsqueda de la mejora genética del trigo, dando lugar a variedades más resistentes a problemas como los derivados del cambio climático o de ciertas plagas, responde a la necesidad de seguir alimentando a la población.
Los programas de mejora genética pueden extenderse a lo largo de décadas e implican el estudio de los mecanismos genéticos del trigo para poder entenderlos mejor y así conseguir una investigación más eficiente en este campo. En este contexto, un equipo de investigación compuesto por Miguel Aguilar, profesor del departamento de Botánica, Ecología y Fisiología Vegetal de la Universidad de Córdoba, José Garrido y Pilar Prieto, ambos investigadores del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS – CSIC), ha conseguido avanzar en el conocimiento de estos procedimientos: han publicado el conjunto de genes de referencia fiables de la meiosis del trigo.
La meiosis es el proceso de división que genera los gametos o células reproductoras. Durante la meiosis se producen la asociación de los cromosomas y la recombinación genética, que son procesos claves para la fertilidad de la planta. Los genes de referencia o genes normalizadores son genes cuya expresión no cambia durante los procesos biológicos sometidos a estudio. De esta manera, este tipo de genes sirven de control para asegurarse de que cualquier cambio de expresión que se observe en otros genes se puede correlacionar de forma significativa con el proceso estudiado.
La ausencia de genes de referencia validados para estudiar la meiosis del trigo es lo que llevó a este equipo de identificación a buscar este conjunto de genes que permitan mediciones precisas de la expresión de otros genes durante el proceso de la meiosis en el trigo duro usado para elaborar pasta y el trigo harinero, base para obtener el pan. Este descubrimiento será útil para futuras investigaciones de la comunidad científica dedicada a la mejora genética del trigo.
Utilizando como base el genoma del trigo, secuenciado y ensamblado completo recientemente, el equipo investigador utilizó la técnica PCR cuantitativa (utilizada para amplificar secuencias de ADN) para testear y analizar la estabilidad de los genes seleccionados y determinar así, cuántos son necesarios para que los resultados sean fiables. Los genes de referencia obtenidos se encuentran duplicados o constituyen familias multigénicas, por lo que el verdadero reto para el equipo ha sido identificar aquellos miembros específicos que pueden usarse como genes de referencia en la expresión de genes durante la meiosis. Por último, se han identificado también dos nuevos genes: cyclic phosphodiesterase-like y salt tolerant protein gene.
Este conjunto de genes ayuda a comprender el funcionamiento de la meiosis y a poder manipularla, lo que puede revolucionar la agricultura, ya que permitiría manipular las asociaciones de cromosomas e introducir genes de otras especies en trigo. Todo, para seguir con la labor de alimentar al mundo
Garrido, J., Aguilar, M. & Prieto, P. Identification and validation of reference genes for RT-qPCR normalization in wheat meiosis. Sci Rep 10, 2726 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-59580-5
Reference genes are identified that are useful for genetic improvement in wheat
Wheat feeds the world. According to the FAO, wheat is one of the world's main crops, both in terms of extent and production, as well as being one of the main sources of carbohydrates and vegetable protein in the human diet. The quest for genetic improvement in wheat, leading to varieties that are more resistant to issues brought about by climate change or certain pests, responds to the need to keep feeding people.
Genetic improvement programs can span decades and entail studying genetic mechanisms of wheat in order to better understand them and hence accomplish more effective research in this field. In this context, a research team made up of Professor Miguel Aguilar, from the Department of Botany, Ecology and Plant Physiology at the University of Cordoba, along with José Garrido and Pilar Prieto, both researchers at the Institute for Sustainable Agriculture (abbreviated to IAS - CSIC in Spanish), was able to further our knowledge of these procedures. They published the set of reliable reference genes in wheat meiosis.
Meiosis is the division process that generates gametes or reproductive cells. During meiosis, chromosome association and genetic recombination occur. These are vital processes for a plant's fertility. Reference genes or normalizing genes are genes whose expression does not change during the biological processes under study. So, these kinds of genes work as a constant in order to be sure that any change of expression observed in other genes can be significantly correlated with the studied process.
The absence of validated reference genes that can be used to study wheat meiosis is what led this team to seek the set of genes that can provide precise measurements of the expression of other genes during the process of meiosis in durum wheat, used to make pasta, and common wheat, used to make bread. This discovery will be useful for future scientific research focused on the genetic improvement of wheat.
Using the recently sequenced and assembled complete wheat genome as a basis, the research team used the quantitative PCR technique (used to amplify DNA sequences) to test and analyze the stability of certain genes and likewise determine how many are needed for the results to be reliable. The reference genes obtained were duplicated or were part of a gene family, so the real challenge for the team was to identify the specific members that can be used as reference genes in gene expression during meiosis. Lastly, two new genes were identified: cyclic phosphodiesterase-like gene and salt tolerant protein gene.
This set of genes helps us to understant how meiosis works and how we can manipulate it, which could revolutionize agriculture, since it would allow for manipulating chromosome associations and using genes from other species in wheat. All this to continue the job of feeding the world.
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