Transcriptómica del teocintle: respuestas al estrés por frío y sequía

El teocintle (Zea mays ssp. mexicana) es un pariente silvestre del maíz (Zea mays ssp. mays), y posee una alta capacidad de regeneración y crecimiento, alto número de tallos, alto contenido de proteína, así como resistencia a diversas enfermedades fúngicas, lo que hace atractivo su cultivo para uso forrajero (alimento para ganado). Además, su alta diversidad genética representa un importante reservorio de rasgos de interés agronómico que pueden ser usados para el mejoramiento genético del maíz.

El estrés por frío y sequía son de los principales factores ambientales que disminuyen la productividad y calidad de los cultivos. Los mecanismos y respuestas transcripcionales (expresión de genes) al estrés por frío y sequía ya han sido estudiados extensivamente en el maíz, pero se desconoce si son similares o distintos en el teocintle. Por lo que, un grupo de científicos de China se plantearon generar un transcriptoma (conjunto de todos los genes expresados o transcritos) del teocintle, y posteriormente identificar genes expresados diferencialmente en respuesta al frío y sequía.

Los autores del estudio utilizaron la técnica de RNAseq, que consiste en la obtención de fragmentos de ADN complementario a partir de muestras ARN mensajero (extraídas de plántulas de teocintle sometidas a estrés por frío y sequía), y su posterior secuenciación masiva en paralelo generando millones de secuencias cortas o lecturas. Dichas lecturas fueron ensambladas en fragmentos más largos (contigs) mediante herramientas bioinformáticas hasta obtener el transcriptoma completo del teocintle, el cual estuvo conformado por 184,280 unigenes (genes hipotéticos). De estos, sólo 68,177 unigenes (36.7%) pudieron ser anotados mediante alineamientos con bases de datos de proteínas (NR, Swiss-Prot, KEGG y KOG), y 28,382 unigenes (15.40%) fueron asignados a una categoría de ontología génica (GO).

Un dato interesante es que del total de proteínas anotadas del teocintle, sólo el 44% mostraron homología significativa con proteínas del maíz. Esto nos sugiere que el teocintle posee redes de regulación específicos que aún no han sido estudiados.

Respecto de la respuesta transcripcional al estrés abiótico, se observó que la respuesta inducida por frío fue más drástica que aquella inducida por sequía (al menos bajo las condiciones evaluadas), con 3,049 y 614 genes expresados diferencialmente por los tratamientos de frío y sequía, respectivamente, con 194 genes regulados en común por ambos factores.

El estudio permitió la identificación de factores de transcripción relacionados con procesos de tolerancia a estrés en plantas tales como WRKY, MYB, bZIP y AP2/EREBP, entre otros. Genes involucrados en la síntesis de la trehalosa fueron inducidos tanto por el frío como por la sequía, y existe evidencia que este azúcar participa en procesos de estabilización de enzimas deshidratadas y protección a membranas celulares, brindando tolerancia al estrés abiótico. Otro grupo importante de genes inducidos por el frío estuvo relacionado con fitohormonas tales como el ácido abscísico y las giberelinas, estas últimas en desacuerdo con lo observado en maíz sometido a estrés por frío donde se ha observado una reducción en la acumulación de giberelinas.

Debido a que más de la mitad de los genes hipotéticos en teocintle no pudieron ser anotados con las bases de datos disponibles, aún queda mucho por conocer de esta interesante especie y sus mecanismos de adaptación al ambiente.

Fuente: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2017.00136/full Foto: J. M. Hernández