Genetica. CMS líneas y fertilidad

En muchas especies de plantas, las líneas femeninas estériles masculinas con esterilidad masculina citoplásmica (CMS) o la estabilidad masculina genérica sensible al ambiente controlada (EGMS) se han utilizado durante mucho tiempo para producir híbridos eficientes que aprovechen el vigor híbrido o la heterosis. Sin embargo, los mecanismos moleculares subyacentes para estas aplicaciones solo se han descubierto recientemente en algunas especies. Brindamos aquí una actualización sobre la comprensión de la comunicación citoplásmico-nuclear basada en el descubrimiento de los genes de la CMS mitocondrial y sus correspondientes determinantes de fertilidad nuclear. También se revisan los hallazgos recientes que descubren diversos mecanismos como los controles epigenéticos, transcripcionales y postranscripcionales de EGMS por temperatura y señales de fotoperíodo. Además, se destaca la investigación traslacional que aplica el conocimiento básico del control de la fertilidad masculina de las plantas a la práctica de producción de semillas híbridas.

Esterilidad masculina y reproducción híbrida En la década de 1860, Charles Darwin describió por primera vez la heterosis (ver Glosario) en el maíz (Zea mays), y Gregor Mendel estableció una base genética para los rasgos heredados al cruzar diferentes cepas de plantas de arveja. Sin embargo, no fue hasta la década de 1920 que la heterosis en el maíz comenzó a explotarse, y el maíz se convirtió en el primer cultivo híbrido de semillas comercializado. Recientemente, se han establecido sistemas híbridos de reproducción en otras especies de cultivos como el arroz (Oryza sativa), la cebada (Hordeum vulgare) y la colza (Brassica napus), lo que representa una contribución enorme al aumento del rendimiento agrícola porque las plantas híbridas poseen características superiores como como mejor adaptabilidad, mayor uniformidad, y mejor tolerancia al estrés abiótico y biótico. La utilización de la heterosis causó un aumento del rendimiento de aproximadamente 3,5 a 15% en trigo (Triticum spp.) [1,2], 11% en cebada [1,3], 55% en arroz [4], 47% en frijol común (Proteus vulgaris ) [5], 68% en mijo de cola de zorra (Setaria italica) [6], y 200% en cultivos de semillas oleaginosas de Brassica [7]. La producción de semillas híbridas requiere polinización cruzada de líneas parentales con diversidad genética, por lo tanto, es un requisito previo para que las especies de plantas autopolinizadoras utilicen líneas femeninas estériles masculinas. En segundo lugar, las plantas estériles masculinas deben mantenerse y propagarse para un uso a gran escala como pareja cruzada estéril masculina. Además, la esterilidad masculina de las plantas debe superarse en la generación híbrida F1 para lograr un mayor rendimiento para los cultivos cuyas semillas se cosechan. Aunque se han utilizado varios enfoques que incluyen la emasculación y el tratamiento químico para crear líneas femeninas con esterilidad masculina, el uso de líneas naturales con esterilidad masculina es ideal para la producción de semillas híbridas a gran escala. Brindamos aquí una actualización sobre el control molecular de la fertilidad masculina utilizada en la producción de semillas híbridas, con la esperanza de aumentar el conocimiento fundamental de la biología vegetal sobre este tema y proporcionar recursos adicionales para mejorar las prácticas agrícolas para una mejor eficiencia de la producción de semillas híbridas y la productividad de los cultivos..

CMS líneas y fertilidad

 Restauración La esterilidad masculina citoplásmica (CMS) se expresa fenotípicamente como la producción de granos de polen no funcionales cuando un citoplasma CMS se combina con la falta de un restaurador nuclear funcional de gen (es) de fertilidad masculina (Rf). La herencia del fenotipo de CMS ocurre maternalmente porque el genoma mitocondrial de las plantas de CMS tiene un fragmento de ADN que difiere en secuencia del de tipo normal [4]. Se ha descubierto CMS en más de 150 especies de plantas y resulta de mutaciones espontáneas o artificiales [7]. Simultáneamente, se han encontrado diversos loci de Rf en varias plantas, y cada Rf suprime un tipo específico de citoplasma estéril. Por ejemplo, se han examinado 38 líneas CMS para la restauración de la fertilidad en 28 fondos puros, y se clasifican por su respuesta a genes restauradores específicos en CMS-C, CMS-S y CMS-T en maíz [8]. El sistema de reproducción híbrido de tres líneas, que emplea una línea CMS, una línea mantenedora con el mismo núcleo que la línea CMS, y una línea restauradora que contiene el gen (s) Rf (Figura 1A) se ha establecido con éxito para la producción de semillas híbridas en muchas especies cultivadas [4,5,7,9]. Recientemente, varias secuencias de ADN mitocondrial mutadas en líneas CMS y diferentes genes Rf en las líneas restauradoras han sido clonadas y caracterizadas funcionalmente en plantas de cultivo tales como maíz, arroz, Brassica y girasol (Helianthus annuus) (revisado en [4,5,7 , 10,11]). Nos centramos aquí en el progreso reciente en el descubrimiento reciente de genes CMS / Rf en arroz, trigo y Brassica, y discutimos sus aspectos evolutivos

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