Los hallazgos podrían conducir a avances en la selección de plantas y la genética humana – ScienceDaily

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Una simple maleza en el camino podría ser la clave para comprender y predecir la mutación del ADN, según una nueva investigación de la Universidad de California, Davis, y el Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Alemania.

Los hallazgos, publicados el 12 de enero en la revista Nature, cambian fundamentalmente nuestra comprensión de la evolución y algún día podrían ayudar a los investigadores a producir mejores cultivos o incluso ayudar a los humanos a combatir el cáncer.

Las mutaciones ocurren cuando el ADN se daña y no se repara, creando una nueva variación. Los científicos querían saber si la mutación era pura coincidencia o algo más profundo. Lo que encontraron fue inesperado.

«Siempre hemos pensado que la mutación es fundamentalmente aleatoria en todo el genoma», dijo Gray Monroe, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de las Plantas de UC Davis, quien es el autor principal del artículo. «Resulta que la mutación no es aleatoria y no es aleatoria de una manera que beneficie a la planta. Es una forma totalmente nueva de pensar sobre la mutación».

Los investigadores pasaron tres años secuenciando el ADN de cientos de Arabidopsis thaliana, o thale cress, una pequeña maleza con flores considerada la «rata de laboratorio entre las plantas» debido a su genoma relativamente pequeño que comprende alrededor de 120 millones de pares de bases. Los humanos, en comparación, tenemos alrededor de 3 mil millones de pares de bases.

«Es un organismo modelo para la genética», dijo Monroe.

Las plantas cultivadas en el laboratorio producen muchas variaciones.

El trabajo comenzó en el Instituto Max Planck, donde los investigadores cultivaron especímenes en un entorno de laboratorio protegido, lo que permitió que las plantas con defectos que tal vez no sobrevivieran en la naturaleza sobrevivieran en un espacio controlado.

Secuenciar esos cientos de Arabidopsis thaliana plantas revelaron más de 1 millón de mutaciones. Se reveló un patrón no aleatorio dentro de esas mutaciones, al contrario de lo que se esperaba.

«A primera vista, lo que encontramos parecía contradecir la teoría establecida de que las mutaciones iniciales son completamente aleatorias y que solo la selección natural determina qué mutaciones se observan en los organismos», dijo Detlef Weigel, director científico del Instituto Max Planck y autor principal del estudio. estudio.

En lugar de aleatoriedad, encontraron parches del genoma con bajas tasas de mutación. En esos lugares, se sorprendieron al descubrir una representación excesiva de genes esenciales, como los que intervienen en el crecimiento celular y la expresión génica.

«Estas son las regiones realmente importantes del genoma», dijo Monroe. «Las áreas biológicamente más importantes son las que están protegidas de la mutación».

Las áreas también son sensibles a los efectos dañinos de nuevas mutaciones. «Por lo tanto, la reparación del daño en el ADN parece ser particularmente eficaz en estas regiones», añadió Weigel.

La planta ha evolucionado para protegerse

Los científicos descubrieron que la forma en que el ADN se envolvía alrededor de diferentes tipos de proteínas era un buen predictor de si un gen estaba mutado o no. «Significa que podemos predecir qué genes tienen más probabilidades de mutar que otros y nos da una buena idea de lo que está pasando», dijo Weigel.

Los hallazgos agregan un giro sorprendente a la teoría de la evolución por selección natural de Charles Darwin porque revela que la planta evolucionó para proteger sus genes de la mutación para asegurar la supervivencia.

«La planta ha desarrollado una forma de proteger sus lugares más importantes de la mutación», dijo Weigel. «Esto es emocionante porque incluso podríamos usar estos hallazgos para pensar en cómo proteger los genes humanos de la mutación».

Usos futuros

Saber por qué algunas regiones del genoma mutan más que otras podría ayudar a los mejoradores que dependen de la variación genética para desarrollar mejores cultivos. Los científicos también podrían usar la información para predecir mejor o desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades como el cáncer causado por mutaciones.

«Nuestros hallazgos brindan una descripción más completa de las fuerzas que impulsan los patrones de variación natural; deberían inspirar nuevas vías de investigación teórica y práctica sobre el papel de la mutación en la evolución», concluye el artículo.

Los coautores de UC Davis incluyen a Daniel Kliebenstein, Mariele Lensink, Marie Klein, del Departamento de Ciencias de las Plantas. Investigadores de la Carnegie Institution for Science, la Universidad de Stanford, la Universidad Estatal de Westfield, la Universidad de Montpellier, la Universidad de Uppsala, el Colegio de Charleston y la Universidad Estatal de Dakota del Sur contribuyeron a la investigación.

La financiación provino de la Sociedad Max Planck, la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Alemana de Investigación.

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