Da più di un secolo, i genetisti vegetali hanno studiato il mais come sistema modello per comprendere le regole che regolano l'ereditarietà dei caratteri, e un team di ricercatori ha recentemente svelato un meccanismo precedentemente sconosciuto che innesca il silenziamento genico nel mais. Il silenziamento genico disattiva i tratti genetici, una considerazione importante per i coltivatori di piante che dipendono dall'eredità fedele dei tratti da una generazione all'altra.

Storicamente, il gene p1 del mais è stato utilizzato come modello dai genetisti del mais. I ricercatori precedenti non sapevano che due tipi di segni di metilazione del DNA sovrapposti potrebbero modificare, silenziare o attivare questo gene. La scoperta si aggiunge alla conoscenza dei genetisti dei diversi meccanismi dell'ereditarietà non mendeliana, secondo il ricercatore capo Surinder Chopra, professore di genetica del mais, Facoltà di Scienze Agrarie, Penn State.

Nei risultati riportati in PLOS One , Il team di Chopra ha dimostrato che il silenziamento del gene del colore 1 del pericarpo del mais - regolatore del colore dello strato esterno dei chicchi e del colore della pannocchia - può avere due componenti epigenetiche "sovrapposte":la metilazione del DNA dipendente dall'RNA (RdDM) e la metilazione del DNA non dipendente dall'RNA ( non RdDM).

"Metilazione del DNA, che è l'aggiunta di gruppi metilici alla molecola del DNA, può modificare l'attività di un segmento di DNA senza modificarne la sequenza, " ha detto. "La metilazione del DNA agisce tipicamente per reprimere la trascrizione genica, che è il primo passo dell'espressione genica."

Nelle cellule vegetali, quando e a quale livello viene espresso un gene è sotto stretto controllo tra l'attivazione e la soppressione della trascrizione, Ha spiegato Chopra. I piccoli RNA, molecole essenziali nella regolazione e nell'espressione dei geni, possono mediare la metilazione dei filamenti di DNA e arrestare l'attività di trascrizione, svolgendo quindi un ruolo nel silenziare i geni ereditati o i transgeni introdotti per produrre i tratti delle colture desiderabili.

nel mais, il gene del colore 1 del pericarpo regola l'accumulo di pigmenti flavonoidi rosso mattone chiamati flobapeni. Il modello di pigmentazione sul pericarpo del chicco di mais e sulle "glume", la membrana che ricopre la pannocchia, dipende dall'espressione del gene del colore 1 del pericarpo. Alcuni esempi di questi modelli sono:kernel bianchi, pannocchia rossa; noccioli rossi, pannocchia rossa; chicchi variegati, pannocchia variegata; noccioli rossi, pannocchia bianca; e noccioli bianchi, pannocchia bianca.

"Il nostro studio sul gene color 1 del pericarpo del mais ha dimostrato il coinvolgimento di meccanismi di soppressione genica sia piccoli RNA-dipendenti che piccoli RNA-indipendenti, " Chopra ha detto. "Questo studio rivela lo strato aggiuntivo di regolazione genica da parte di piccoli RNA, e migliora la nostra comprensione di come l'espressione genica è regolata specificamente in un tessuto ma non nell'altro".

Tipicamente, quando i coltivatori di piante creano nuovi tipi di cultivar, diversi tratti per i quali si riproducono possono scomparire o la loro espressione si riduce nella progenie, Egli ha detto. "E quello, ora sappiamo, è a causa del silenziamento genico."

Da tempo è necessaria una migliore comprensione di come i meccanismi di silenziamento genico causino la scomparsa dei tratti desiderati, Chopra crede. Può essere disastroso per un agricoltore acquistare semi che non si comportano in fase di crescita come promesso dal produttore.

Se uno o più geni che controllano un tratto diventano silenziosi a causa della sovrapposizione della metilazione del DNA, allora quel tratto fondamentalmente scompare dalla popolazione.

"Questa è una grande battuta d'arresto per chiunque cerchi di allevare per tratti come l'alto rendimento, che è regolato da diversi geni, " ha detto Chopra. "Se uno o due di quei geni che sono essenziali per un alto rendimento diventano muti, allora può risultare una riduzione della resa complessiva."