Mejora genética de maíz para senescencia retrasada "Stay Green"

Resumen

La senescencia retrasada o “Stay Green” (SG) es un carácter deseable para la producción de los cultivos y está asociado con la producción de biomasa, resistencia al encamado y rendimiento de grano. Además, es probable que esté correlacionado con la tolerancia a bajo nitrógeno (N); sin embargo, no existe mucha información al respecto en el cultivo de maíz. Tanto los estudios fisiológicos como los estudios genéticos sobre senescencia se han realizado en un escaso número de genotipos, obteniéndose conclusiones parciales. Por tanto, esta investigación profundizó en los mecanismos genéticos y fisiológicos relacionados con la senescencia en maíz, para lo cual se propuso como principal objetivo el estudio a nivel fisiológico y genético de la senescencia en maíz templado. Para cumplir con este objetivo se realizaron tres experimentos por separado. El primero, consistió en la caracterización multiambiental de la senescencia en líneas élite de diferente precocidad, para caracteres fisiológicos y agronómicos relacionados con el proceso de senescencia y el rendimiento de grano y biomasa. En el segundo, se detectaron QTL asociados a la senescencia mediante mapeo de asociación en una población multiparental (MAGIC); y, en el tercero se detectaron genes relacionados con la senescencia, mediante el estudio de la expresión génica de líneas puras de maíz. De acuerdo con los resultados obtenidos en el primer estudio, se concluyó que la duración de la actividad fotosintética varió entre líneas y el SG funcional fue el tipo predominante en las líneas puras de maíz templado. Además, la mayor duración de la actividad fotosintética reveló incrementos en el rendimiento de grano y biomasa, así como también, en la duración del llenado de grano y en la humedad del grano y biomasa. Los resultados del mapeo de asociación en la población multiparental revelaron que el carácter SG está controlado por múltiples genes de efecto menor y que el gen Zm00001d043586 fue particularmente importante, ya que explica las diferentes velocidades a las que sucede la senescencia. El estudio de la expresión génica, reveló que a nivel transcriptómico, hay una extensa red de genes que interactúan conjuntamente, los cuales están activando, reprimiendo y/o produciendo sinergismo o antagonismo en las diferentes funciones en las que están involucrados, durante la etapa de la senescencia. Se identificaron 1083 genes que aumentan (up regulated) y 588 genes que disminuyen (down regulated) su expresión durante la senescencia en todas las líneas evaluadas. Los genes down regulated, estuvieron involucrados principalmente en la fotosíntesis, mientras que, los genes up regulated estuvieron relacionados con procesos catabólicos. Además, un subconjunto de 196 genes diferencialmente expresados codificó para factores de transcripción y algunos de ellos son homólogos a factores de transcripción encontrados en Arabidopsis. Desde el ámbito de la mejora de cultivos, se llegó a la conclusión de que mediante la modificación del tiempo de senescencia se podría mejorar la producción de grano, forraje y/o bioenergía. Mientras que, a nivel molecular existen genes claves involucrados en el proceso de senescencia que podrían ser utilizados para aumentar la eficacia de la mejora vegetal.