La cambios diarios y estacionales en el ciclo día- noche favorecen a su vez cambios en la biología y en el comportamiento de las especies animales y vegetales por medio del reloj circadiano. Investigadores europeos han estudiado cómo cambios en los genes responsables de la regulación del reloj circadiano pueden dar lugar a diferencias en el metabolismo vegetal.
La variación natural en los ritmos circadianos afecta a las interacciones entre factores ambientales y el momento de importantes procesos fisiológicos en plantas. Esto podría originar complejas interacciones genotipo-ambiente, que a su vez dan lugar a cambios sustanciales en los niveles de metabolitos.
Los socios del proyecto financiado por la Unión Europea «Network QTL mapping of circadian clock» (NETWORK QTL MAPPING) han clonado tres loci metabólicos que controlan la variación de la respuesta circadiana en Arabidopsis. Estos también examinaron genes homólogos en dos especies de la familia de las brasicáceas, Brassica oleracea (repollo y brócoli) y Brassica rapa (nabo y mostaza).
Los miembros del equipo de investigación estudiaron diferentes fenotipos incluyendo la fecha de espigado, el diámetro de la roseta floral y el momento de floración, todos ellos influidos por el control de las horas de luz diarias. Los metabolitos secundarios bajo estudio incluyeron glucosinolatos y compuestos fenólicos, compuestos fotoquímicos que pueden ser relacionados con la actividad antioxidante.
Se clonaron tres loci que controlan la variación en el reloj circadiano que controla el momento de la floración en Arabidopsis Bay x Sha. y se empleó el mapeo de alta resolución y la identificación de genes candidato in silico para multiplicar los tres genes. Los investigadores también desarrollaron marcadores para detectar eventos de recombinación y localizar regiones genéticas más pequeñas de los loci bajo estudio, delimitando estas regiones hasta un tamaño de unos treinta genes.
Al mismo tiempo, los socios del proyecto NETWORK QTL MAPPING desarrollaron redes de expresión genética diferencial para todos los loci en esas regiones. Dado que aquellos genes implicados en la misma ruta tienen un patrón de expresión parecido a través de diferentes condiciones temporales y fisiológicas, los investigadores relacionaron cada gen candidato con genes coexpresados por medio de casi mil cuatrocientas pruebas de microarray. En base a esto, los investigadores posteriormente buscaron genes homólogos en B. oleracea y en B. rapa.
Tanto tres genes candidato para el contenido en glucosinolatos como cinco genes candidato para el momento de la floración exhiben cambios sustanciales en los ritmos circadianos. Empleando líneas mutantes y transgénicas, los socios del proyecto probaron si los genes controlaban variabilidad en los fenotipos. Todos los candidatos para la productividad de glucosinolatos y dos genes para el momento de la floración mostraron el fenotipo esperado.
Una mejor comprensión de las moléculas bioquímicas responsables de la acumulación de metabolitos secundarios como resultado del reloj biológico en importantes cultivos de verduras y de vegetales podría ser de gran importancia para los programas de fitomejoramiento. La familia de las brasicáceas también incluye variedades para la producción de aceite, forraje y mostaza y, además, son especies de gran importancia ecológica para mariposas y polillas.
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