I ricercatori della Iowa State University potrebbero aver risolto una sfida di lunga data associata allo sviluppo accelerato di linee genetiche pure.
L'uso della genetica "aploide raddoppiata" (DH) è diventata una delle tecnologie di base alla base della moderna selezione del mais. Tuttavia, la tecnologia DH presenta sfide, oltre a vantaggi. In primo luogo, richiede la creazione di piante "aploidi" che portano un solo genoma materno. Il singolo genoma della pianta aploide viene quindi raddoppiato attraverso a processo chimico che accelera lo sviluppo di linee inbred geneticamente pure.
Uno dei principali colli di bottiglia della tecnologia DH è che i fiori maschili aploidi sono generalmente sterili. Questo problema richiede l'esposizione delle piantine alla colchicina chimica tossica che stimola il raddoppio del genoma e restituisce la fertilità ai fiori maschili. Il processo è laborioso e costoso.
Ricerca pubblicata di recente in Natura Piante condivide la notizia di una mutazione scoperta dagli scienziati che ripristina la fertilità maschile negli aploidi senza l'uso di colchicina. Il lavoro è stato condotto da Siddique I. Aboobucker, ricercatore in agronomia, con Thomas Lübberstedt, Frey Chair in Agronomy e direttore del Raymond F. Baker Center for Plant Breeding, e l'ex studente laureato in agronomia Liming Zhou.
Hanno dimostrato che lo sfruttamento di mutazioni che modificano il posizionamento del meccanismo del fuso durante la fase riproduttiva della pianta nota come meiosi può ripristinare la fertilità maschile delle piante aploidi.
Il meccanismo del fuso aiuta a mantenere in carreggiata la divisione cellulare. Durante la normale meiosi, nelle piante "diploidi" regolari che contengono due serie di cromosomi, i fusi sono disposti in coppie perpendicolari che si allineano facilmente. Nelle piante aploidi, i cromosomi sono distribuiti in modo diseguale durante la divisione cellulare, portando ad alti tassi di infertilità durante le fasi successive della riproduzione.
Per affrontare questo problema, Aboobucker ha avuto un'ispirazione che il team ha ritenuto valesse la pena indagare. Hanno ipotizzato che una serie di anomalie genetiche delle piante note come mutanti del fuso parallelo o "mutanti ps" che cambiano i fusi in una posizione parallela invece che perpendicolare durante la meiosi potrebbero migliorare la fertilità maschile negli aploidi. Hanno testato l'idea su Arabidopsis thaliana, una pianta di ricerca modello spesso utilizzata come precursore per lavorare il mais e molte altre specie di colture.
Ha funzionato: le piante mutanti aploidi sono cresciute e la maggior parte era fertile. I risultati supportano la loro idea che l'allineamento diseguale delle fibre del fuso durante una fase critica della meiosi nei maschi aploidi possa essere superato sfruttando la tendenza dei mutanti a causare un più orizzontale mandrino formazione.
"L'uso di questa mutazione per superare il problema della fertilità maschile nelle piante aploidi ha grandi promesse per superare i protocolli ad alta intensità di risorse attualmente in atto per i metodi di raddoppiamento del genoma artificiale (chimico) per ottenere linee DH", ha affermato Lübberstedt.
Dà la maggior parte del merito ad Aboobucker, che ha guidato il progetto per trovare una soluzione a questo enigma di lunga data dell'infertilità aploide maschile.
"Sto iniziando a capire che questo è un grosso problema", ha detto Aboobucker. "Le risposte dei colleghi di tutto il mondo da quando il nostro articolo è stato pubblicato il mese scorso sono state un po' travolgenti".
Lübberstedt e Aboobucker ritengono che le mutazioni benefiche che hanno identificato possano essere applicate, con alcune modifiche, al mais e ad altre colture. Esplorare questo potenziale è uno dei prossimi progetti nel loro orizzonte.