Investigadores de la Universidad de Yale han identificado un engranaje genética clave que mantiene el reloj circadiano de las plantas “dando la hora”, un hallazgo que podría tener amplias implicaciones para la agricultura mundial. La investigación aparece el 02 de septiembre en la prestigiosa revista Molecular Cell.

Los agricultores se ven limitados por las estaciones del año, así que la comprensión del ritmo circadiano de las plantas, que controla las funciones básicas tales como la fotosíntesis y la floración, podría modificarse para ser capaz de diseñar plantas que pueden crecer en las diferentes lugares y estaciones del año.

El reloj circadiano es el reloj interno que se encuentra en casi todos los organismos y que ayuda a sincronizar los procesos biológicos con el día y la noche. En las plantas, este reloj es crucial para la regulación del crecimiento en dependencia del tiempo, el día y las estaciones del año.

El reloj funciona a través de la relación de cooperación entre los genes de la ”mañana” y los genes de la “tarde”. Las proteínas codificadas por los genes de la mañana suprimen los genes de la noche al amanecer, cuando los niveles de estas proteínas caen durante el atardecer los genes son nocturnos activados. Curiosamente, estos genes son necesarios de noche para activar los genes de la mañana y completar el ciclo de 24 horas.

La investigación de Yale ha resuelto uno de los últimos misterios que quedan en este proceso cuando se identificó el gen DET1 como crucial para ayudar a reprimir la expresión de los genes de la tarde en el ciclo circadiano.

Las plantas que producen menos DET1 tener un reloj más rápido y necesitan menos tiempo para la floración. Conocer los componentes del reloj circadiano de la planta y sus funciones se apoyará en la selección o la generación de características valiosas en los cultivos y plantas ornamentales.

Referencia

On Sun Lau, Xi Huang, Jean-Benoit Charron, Jae-Hoon Lee, Gang Li, Xing Wang Deng. Interaction of Arabidopsis DET1 with CCA1 and LHY in Mediating Transcriptional Repression in the Plant Circadian Clock. Molecular Cell, 2011; 43 (5): 703-712 DOI:10.1016/j.molcel.2011.07.013

Las secuencias del genoma liberado lo conforman cinco lecturas de una variedad de referencia del trigo y brinda a los científicos y los criadores que completan el 95% de todos los genes de trigo. Este es uno de los mayores proyectos de genoma realizado, y la liberación rápida de los datos públicos que se espera acelerar de forma significativa mediante el uso de la información para las empresas de mejoramiento genético.

“El tamaño del genoma del trigo es cinco veces más grande que el genoma humano y presenta un enorme desafío para los científicos. La secuencia del genoma es una herramienta importante para los investigadores y los mejoradores de plantas. Por lo tanto con poner a disposición del público nos estamos asegurando una investigación financiada con fondos públicos tenga la mayor repercusión posible. ”

“Esta es una contribución excepcional a los esfuerzos mundiales por completar el mapa del genoma trigo. Mediante el uso de la tecnología de secuenciación genética desarrollada en el Reino Unido ahora tenemos la capacidad para mejorar los cultivos del futuro o simplemente acelerar el proceso de la reproducción natural para seleccionar las variedades que pueden crecer en condiciones difíciles”.

Completar el genoma requiere más lectura y un trabajo significativo en la anotación del conjunto de los datos de los cromosomas. A gran escala, los programas rápidos de secuenciación de este tipo se han hecho técnicamente posibles por la tecnología avanzada de las plataformas 454 Life Science de secuenciación de genomas.

“Los datos de la secuencia del genoma de esta variedad de referencia de trigo nos permitirá sondear las diferencias entre las variedades con diferentes características. Al comprender las diferencias genéticas entre las variedades con diferentes características se pueden desarrollar nuevos tipos de trigo más capaces de lidiar con la sequía, la salinidad o con condiciones de ofrecer un mayor rendimiento”.

Los datos de la secuencia puede ser utilizada por los científicos y los criadores de plantas para desarrollar nuevas variedades a través de reproducción acelerada convencionales u otras tecnologías.

“Las recientes alzas de precios a corto plazo en los mercados del trigo han demostrado la vulnerabilidad de nuestro sistema alimentario a los golpes y a la posible escasez. La mejor manera de apoyar una seguridad alimentaria es el uso de las estrategias modernas de investigación para entender cómo podemos ofrecer un aumento sostenible de los rendimientos de los cultivos, especialmente en la cara del cambio climático. secuenciación del genoma de este tipo es una estrategia absolutamente crucial, sobre la base de trabajos anteriores. El conocimiento de estas secuencias del genoma permitirá ahora los fitomejoradores poder identificar las mejores secuencias genéticas para utilizar como marcadores en los programas de mejoramiento acelerado”.

“En los últimos años la tecnología genómica ha avanzado hasta el punto que los científicos ahora pueden producir datos de la secuencia de las plantas con genomas tan grande como el trigo a un ritmo inimaginable hace unos años. Este es un logro impresionante, a pesar de los obstáculos significativos que aún se enfrentan al interpretar y comprender completamente la información “.

Una característica clave de esta investigación ha sido la liberación rápida de los datos en el dominio público para permitir que otros científicos y empresas dpuedan intervenir rápidamente y emplearla en aplicaciones prácticas

Referencia

Wheat Genome Sequencing Consortium: www.wheatgenome.org

Apenas visibles al microscopio, los rotíferos comen algas y sirven principalmente como alimento para los peces pequeños. Sin embargo, determinadas hembras de las especies de rotíferos pueden hacer algo bastante inusual: pueden reproducir asexualmente mediante la creación de clones de sí mismo, o pueden iniciar un proceso que permite la reproducción sexual mediante la producción con rotíferos masculino. En otras palabras, las feminas deciden si usan sexualmente a los machos a los rotíferos masculinos o si prescinden de ellos.

Lo mas increíble de este proceso es que el mediador químico de este cambio de la reproducción asexual a la reproducción sexual resulta ser la progesterona – la misma molécula que también juega un papel vital en la regulación de la reproducción y el desarrollo sexual en los seres humanos y muchas otras especies. El hallazgo de este esteroide sexual y su receptor en los rotíferos simples sugiere que la técnica de señalización de la progesterona se remonta a cientos de millones de años.

“Esto tiene implicaciones evolutivas realmente importantes”, dijo Julia Kubanek, profesor en la Escuela de Biología en el Instituto de Tecnología de Georgia y uno de los principales autores del estudio. “Nuestro estudio demuestra que una misma hormona sexual encontrada en los humanos y los rotíferos se utiliza para dos aspectos muy diferentes de la reproducción.”

El estudio se cree que es el primero en documentar el uso de la progesterona en el linaje de animales simples que incluye rotíferos – quienes no han cambiado mayormente durante millones de años de evolución.

La mayoría de los animales se reproducen sexualmente, un método que nos hace una especie más adaptable al facilitar la eliminación de los genes “malos” y crear nuevas combinaciones de genes potencialmente beneficiosos. Los organismos muy simples, como las bacterias, se reproducen a través de la división celular y son capaces de obtener nuevo material genético del medio ambiente.

Las especies de rotíferos Brachionus Manjavacas de este estudio resultaron ser algo intermedio. Durante la mayor parte del año, la población de rotíferos se compone sólo de mujeres, que se reproducen mediante la creación de clones de sí mismos. Pero cuando las condiciones ambientales son desfavorables  - como la pérdida de sus alimentos las algas – alrededor de un tercio de la población de las rotíferos cambia para la reproducción sexual, que es la única manera de que las criaturas pueden producir óvulos capaces de sobrevivir a través de un largo invierno. En otras palabras, solo necesitan de los machos cuando la cosa se pone dura.

Kubanek y sus colaboradores querían entender lo que provocaba ese cambio, que comienza con la producción de los rotíferos masculinos. El cambio parece depender de una proteína feromona que los rotíferos liberan en el agua para indicar que otros rotíferos están cerca. Cuando la población de rotíferos crece lo suficientemente como para crear una importante concentración de esa proteína, las hembras comienzan a poner huevos que pueden desarrollarse como machos. Una población suficientemente grande como para hacer eso por lo general no se acumula hasta el otoño en América del Norte – cuando el invierno y el fin del suministro de alimentos se encuentran cerca de las algas.

Nada que estas hembras rotiferos sí que utilizan a los machos, según la estación del año y según como vea las condiciones para la reproducción. Todo regulado por la hormona más femenina que tenemos los humanos, la progesterona.

Referencia

E. Paige Stout, James J. La Clair, Terry W. Snell, Tonya L. Shearer, Julia Kubanek. Conservation of progesterone hormone function in invertebrate reproduction.Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010; DOI: 10.1073/pnas.1006074107

El estudio dirigido por Craig Venter y que será publicado en línea por la revista Science, ya había sintetizado químicamente un genoma bacteriano, y a su vez había trasplantado el genoma de una bacteria a otra. En esta ocasión unieron ambas metodologías para crear lo que ellos llaman una “célula sintética”, es decir, una célula que sea controlada por un genoma sintetizado en un laboratorio.

“Esta es la primera célula sintética que se ha hecho, y lo llamamos sintéticos porque la célula es totalmente derivada de un cromosoma sintético, hecho con cuatro botellas de productos químicos en un sintetizador químico, a partir de la información en una computadora”, dijo Venter.

“Esto se convierte en una herramienta muy poderosa para tratar de diseñar lo que queremos hacer en la biología. Disponemos de una amplia gama de aplicaciones en mente”, dijo.

Por ejemplo, los investigadores están planeando el diseño de algas que pueden capturar el dióxido de carbono y hacer nuevos hidrocarburos que podrían entrar en las refinerías. Ellos también están trabajando en maneras de acelerar la producción de vacunas. Hacer nuevos productos químicos o ingredientes de alimentos y la limpieza del agua son otros posibles beneficios, según Venter.

En el estudio de Science, los investigadores sintetizaron el genoma de la bacteria M. mycoides, y le añadieron unas secuencias de ADN como “marcas de agua” en el genoma para distinguirlo de los de origen natural.

Debido a que las máquinas actuales sólo pueden montar cadenas relativamente cortas de ADN a la vez, los investigadores insertaron las secuencias más cortas en la levadura, a continuación transfirieron las cadenas de tamaño mediano en E. coli y finalmente volvieron a la levadura. Luego de tres rondas de reunión, los investigadores lograron producir un genoma más de un millón de pares de bases.

Entonces, los científicos trasplantaron el genoma sintético de M. mycoides a otro tipo de bacteria, Mycoplasma capricolum. El nuevo genoma “sintetizado in vitro” fue exitosamente “capturado por las células receptoras. Aunque catorce genes se han suprimido o alterado en las bacterias trasplantadas y a simple vista las células parecian bacterias normales estas solo produjeron las proteínas del genoma de M. mycoides sintético.

“Este es un paso importante que pensamos, científica y filosóficamente. Ciertamente estamos cambiado los puntos de vista de las definiciones de la vida y de cómo funciona la vida”, dijo Venter.

Esta publicacion sin dudas comenzará una nueva era de discusión ética sobre la investigación de la biología sintética. Y a ustedes, ¿Qué les parece que podamos sintetizar nuevas células bacterianas con genomas hechos a la medida?

Referencia

Daniel G. Gibson, John I. Glass, Carole Lartigue, Vladimir N. Noskov, Ray-Yuan Chuang, Mikkel A. Algire, Gwynedd A. Benders, Michael G. Montague, Li Ma, Monzia M. Moodie, Chuck Merryman, Sanjay Vashee, Radha Krishnakumar, Nacyra Assad-Garcia, Cynthia Andrews-Pfannkoch, Evgeniya A. Denisova, Lei Young, Zhi-Qing Qi, Thomas H. Segall-Shapiro, Christopher H. Calvey, Prashanth P. Parmar, Clyde A. Hutchison III, Hamilton O. Smith, and J. Craig Venter. Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Science, May 20, 2010 DOI: 10.1126/science.1190719

Los investigadores encontraron la evidencia de la transferencia horizontal de un transposón de un insecto chupa sangre de América del Sur  en la zarigüeya y el mono ardilla, dos de sus huéspedes preferidos. Un transposón es un segmento de ADN que pueden replicarse y moverse a diferentes posiciones dentro del genoma. Los transposones pueden causar mutaciones, cambiar la cantidad del ADN en la célula e influir dramáticamente en la estructura y función de los genomas en dónde residan.

“Dado que estos insectos se alimentan de los seres humanos con frecuencia, es concebible que los insectos y los humanos puedan haber intercambiado ADN a través del mecanismo que descubrimos. La detección de las transferencias de los insectos a los seres humanos sería necesario examinar a las personas que han estado expuestos a los insectos durante miles de años, como los nativos de las poblaciones de América del Sur “, dijeron los autores.

Los datos sobre el insecto y el caracol proporcionan una fuerte evidencia para la hipótesis del papel de las interacciones huésped-parásito en la facilitación de la transferencia horizontal del material genético. Además, la gran cantidad de ADN generados por los transposones transferidos horizontalmente apoya la idea de que el intercambio de material genético entre los huéspedes y los parásitos influye en su evolución genómica.

Los triatominos o insectos “chupa sangre”, causan la enfermedad de Chagas al portar los tripanosomas (protozoos parásitos) como sus anfitrión. Los investigadores descubrieron el fragmento compartido de ADN son 98 por ciento idénticas a las de sus huéspedes mamíferos.

Una teoría desde hace mucho tiempo plantea que los mamíferos obtienen los genes verticalmente, es decir, transmitida de padres a hijos. Las bacterias recibir sus genes vertical y horizontalmente también, pasan de un individuo no relacionado a otro o incluso entre diferentes especies. Estas transferencias lateral son frecuentes  en los genes de las bacterias y esenciales para una rápida adaptación a los retos ambientales y fisiológicos, tales como la exposición a los antibióticos.

Hasta hace poco, no se sabía la transferencia horizontal podría impulsar la evolución de los organismos multicelulares complejos como los mamíferos. En 2008, Feschotte y sus colegas publicaron la primera evidencia inequívoca de la transferencia de ADN horizontal.

Hace millones de años, “saltaron” tranposones hacia varias especies de mamíferos. El transposón fue integrado en los cromosomas de las células germinales, asegurando que debe ser pasado a las generaciones futuras. Por lo tanto, estas partes del ADN de los mamíferos no descienden de sus antepasados comunes, sino que han sido adquiridos lateralmnte desde otra especie.

Los medios reales por los que los transposones pueden propagarse a través de muy diversas especies ha sido un misterio. “Cuando estás tratando de entender algo que ocurrió durante miles o millones de años atrás, no es posible establecer un experimento en el laboratorio para replicar lo que ocurrió en la naturaleza”, dijeron los autores.

Cuando el genoma humano se secuenció hace una década, los investigadores encontraron que casi la mitad del genoma humano se deriva de los transposones, por lo que este nuevo conocimiento tiene ramificaciones importantes para entender la genética de los seres humanos y otros mamíferos.

Referencia

Clément Gilbert, Sarah Schaack, John K. Pace II, Paul J. Brindley, Cédric Feschotte. A role for host-parasite interactions in the horizontal transfer of transposons across phyla. Nature, 2010; 464 (7293): 1347 DOI: 10.1038/nature08939¡

El estudio, publicado en la edición del 15 de octubre de la revista Nature, señala un vínculo entre el sexo, el reconocimiento de las especies y un mecanismo químico específico para el comportamiento social.

“Esto es importante no sólo desde el punto de vista de la comprensión de la dinámica social, pero también de la biología fundamental, porque estas feromonas proporcionan señales que facilitan el reconocimiento de la especie y el comportamiento reproductivo”, djo Levine, profesor asistente de biología y autor del trabajo. “A falta de estas señales químicas (feromonas) se eliminan las barreras al apareamiento. Resultó que los machos de otras especies fueron incluso atraídos por las mujeres que no tienen estas señales, de modo que parecían eliminar la barrera de las especies”.

En este estudio, se centraron en el reconocimiento como individuos tanto de la especie como del sexo de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Mientras los estudios anteriores habían sugerido que las feromonas desempeñan un papel importante, el equipo de Levine decidió genéticamente eliminar cierta clase de estas sustancias químicas, llamadas feromonas de hidrocarburos cuticulares, para determinar su efecto en la mosca de la fruta.

Los investigadores encontraron que las moscas hembras de raza, sin estas feromonas eran como Marilyn Monroe para los machos normales. Pero el efecto no se detuvo ahí, los hombres que carecieron de dichas hormonas también fueron sexualmente irresistibles. De hecho, las mujeres carentes de esta feromona fueron tan sexy que atrayeron a machos de otras especies de Drosophila que normalmente no se comportan de esa forma.

Estos hallazgos significan que las señales químicas y los genes relacionados no sólo regulan los comportamientos sociales en los grupos, como el cortejo y el apareamiento, sino también el reconocimiento entre las especies.”

Levine destaca que mientras que las feromonas son parte de la danza de apareamiento humano, las claves para la atracción son mucho más complejas en nuestra especie.

“Aunque no soy experto en las feromonas humanas, existe evidencia de que los hombres y las mujeres pueden discriminar los olores de un mismo sexo o de sexos de otros de manera diferente, e incluso hay algunas pruebas de que cómo un individuo discrimina a los olores pueden reflejar su preferencia de género”, dice . “Podemos confiar más en el sistema visual, y podemos tener una forma más compleja de la evaluación de otros individuos y clasificarlos y determinar cómo vamos a relacionarse con ellos como lo hace la mosca.

Referencia

Jean-Christophe Billeter, Jade Atallah, Joshua J. Krupp, Jocelyn G. Millar & Joel D. Levine. Specialized cells tag sexual and species identity in Drosophila melanogaster. Nature, 2009; DOI: 10.1038/nature08495