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¿Cómo convertir teosinte en maíz?

¿Cómo convertir teosinte en maíz?


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Si quiero convertir el teosinte en maíz, usando métodos antiguos como lo hacían los nativos americanos, ¿cuánto tiempo lleva y qué tengo que hacer?

Por el bien de la pregunta, supongamos que el tiempo no es un problema para mí. Digamos que vivo 10.000 años. Pero, por supuesto, prefiero tener la máxima eficiencia. Si puedo obtener el resultado en 3,000 años, eso es mejor que 5,000 años.


Inicialmente no me gustó mucho esta pregunta, pero cambié de opinión cuando me di cuenta de que en realidad hay una investigación en curso para hacer exactamente lo que proponen con el fin de estudiar cuánto tiempo se necesita para obtener maíz a partir del teosinte.

John Doebley de la Universidad de Wisconsin-Madison tiene un proyecto en curso para criar 30 generaciones de teosinte para que sean más "similares al maíz" en un solo parámetro, la longitud de las ramas laterales.

El primer desafío es encontrar una cepa que no esté ya contaminada por el maíz moderno; eso no es completamente posible, pero seleccionó una cepa que tenga una hibridación mínima. Tendrías que hacer lo mismo.

En segundo lugar, debe plantar en algún lugar aislado para evitar aún más la hibridación. El Dr. Doebley tiene un complot en Hawaii para este propósito.

Tenga en cuenta que a pesar de que este científico solo está seleccionando más de 30 generaciones, no anticipa un gran cambio (es decir, no espera tener nada como maíz cuando haya terminado), y solo está seleccionando en una parámetro y, además, este parámetro fue elegido específicamente por ser fácil de puntuar, mostrando mucha variación en la población existente e influenciado por un solo gen conocido. Se esperaría que muchas generaciones más obtengan un producto como el maíz moderno. E incluso el maíz domesticado ha cambiado significativamente durante miles de años de agricultura.

Para esta respuesta, simplemente hago referencia al sitio del proyecto que vinculé anteriormente, pero en caso de que ese enlace falle, aquí hay algo de literatura que el proyecto citó directamente:

Beadle, G. W., 1977 El origen de Zea mays, págs. 615-635 en Origins of Agriculture, editado por C. E. Reed. Mouton, La Haya.

Beadle, G. W., 1978 Teosinte y el origen del maíz, págs. 113-128 en Maize Breeding and Genetics, editado por D. B. Walden. John Wiley & Sons, Nueva York, NY.

Doebley, J., A. Stec y C. Gustus, 1995 teosinte ramificado1 y el origen del maíz: evidencia de epistasis y evolución de dominancia. Genética 141: 333-346.

Doebley, J., A. Stec y L. Hubbard, 1997 La evolución de la dominancia apical en el maíz. Nature 386: 485-488.

Doebley, J. F., A. Stec, J. Wendel y M. Edwards, 1990 Análisis genético y morfológico de una población de maíz-teosinte F2: implicaciones para el origen del maíz. Proc. Natl. Acad. Sci. 87: 9888-9892.

Iltis, H., 1987 Evolución del maíz y orígenes agrícolas, págs. 195-213 en Grass systematics and evolution, editado por T. Soderstrom, K. Hilu, C. Campbell y M. Barkworth. Smithsonian Inst. Prensa, Washington, D. C.

Wang, R.-L., A. Stec, J. Hey, L. Lukens y J. Doebley, 1999 Los límites de la selección durante la domesticación del maíz. Nature 398: 236-239.

Wilkes, H. G., 1967 Teosinte: el pariente más cercano del maíz. El Instituto Bussey, Universidad de Harvard, Cambridge.

Wilkes, H. G., 1977 Hibridación de maíz y teosinte en México y Guatemala y mejoramiento del maíz. Econ. Bot. 31: 254-293.


Factores de transcripción de TCP: evolución, estructura y función bioquímica

Eduardo González-Grandío, Pilar Cubas, en Factores de transcripción vegetal, 2016

9.1 Introducción

La familia Teosinte branched1 / Cincinnata / proliferating cell factor (TCP) es un grupo de genes específicos de plantas que codifican factores de transcripción que comparten el llamado dominio TCP, un tramo de 59 aminoácidos que se predice que formará un bucle de hélice básico no canónico. estructura de hélice (bHLH) (Cubas et al., 1999). El dominio TCP recibió el nombre de los primeros miembros de la familia identificados, cuatro proteínas aparentemente no relacionadas con diferentes roles en el control del desarrollo y crecimiento de las plantas, CYCLOIDEA (CYC) de boca de dragón (Antirrhinum majus), involucrado en el control de la simetría floral bilateral (Luo et al., 1996), Teosinte ramificado1 (TB1) de maíz (Zea mays), un determinante clave de la dominancia apical del maíz (Doebley et al., 1997), y los factores celulares proliferantes 1 y 2 (PCF1, PCF2) del arroz (Oryza sativa), factores de transcripción que se unen al promotor del ANTÍGENO NUCLEAR DE CÉLULAS PROLIFERANTES (PCNA) gen (Kosugi y Ohashi, 1997). Desde su descubrimiento, se ha obtenido una gran cantidad de información sobre su evolución en el reino vegetal, desde las algas verdes hasta los eudicots, así como sobre la función bioquímica de las proteínas TCP como reguladores de la transcripción. En este capítulo, resumimos el trabajo más reciente que estudia la evolución de la familia TCP en las angiospermas, así como el papel bioquímico de las proteínas TCP como reguladores de la transcripción. Nos centraremos específicamente en el papel de diferentes motivos y residuos específicos del dominio TCP en las interacciones proteína-ADN y proteína-proteína, y discutiremos la participación de otras regiones de la proteína TCP en la regulación y función postraduccional de estas proteínas.


Evolución del maíz

En este capítulo se presentan las diferencias de rasgos clave entre el teocintle y el maíz en antecedentes isogénicos que permiten determinar el número mínimo de cambios genéticos que son esenciales para convertir el teosinte en maíz, determinar la herencia y ubicación cromosómica de estos genes, determinar los efectos modificadores de genes de fondo para dar forma a la expresión de los genes de rasgos clave, y para determinar a partir de la dirección pasada y actual de la evolución del maíz, hacia dónde puede ir desde aquí y qué loci y genes serán útiles para dirigir la futura extensión de este evolución. Solo cuatro o cinco unidades de rasgos clave heredados separan el teosinte del maíz y se basa en la tasa de recuperación de los tipos parentales en F2 segregaciones. Un punto de vista sostiene que estas unidades heredadas son grupos de genes ligados que eventualmente desarrollaron sus mecanismos de aislamiento parcial mediante ligamiento estrecho, supresores cruzados —como reordenamientos crípticos— y perillas cromosómicas o por ligamiento cercano con genes gametofitos.


Negocio riesgoso

Después de siete años de producción de cultivos transgénicos y sin efectos aparentes para la salud, los riesgos ambientales potenciales, en particular el flujo de genes hacia otras especies, han eclipsado la seguridad alimentaria como una preocupación principal. A medida que el polen y las semillas se mueven en el medio ambiente, pueden transmitir rasgos genéticos a cultivos cercanos o parientes silvestres. Muchos cultivos que se autopolinizan, como el trigo, la cebada y la papa, tienen una baja frecuencia de flujo genético, pero los más promiscuos, como la remolacha azucarera y el maíz, merecen una mayor preocupación.

Determinar dónde fluyen los genes es una vía de investigación próspera, pero la verdadera pregunta es "¿y qué?" Los riesgos asociados con el flujo de genes, como la creación de malezas a partir de rasgos introducidos, la reducción de la biodiversidad o el daño de especies no objetivo, son similares a los de los cultivos mejorados convencionalmente. “No descartaría de plano las preocupaciones ecológicas, pero creo que pueden ser exageradas”, dice Gabrielle Persley, autora del informe de ICSU.

Hay pocos casos en que las plantas de cultivo se conviertan en malas hierbas. Criado con tanta intensidad durante cientos de años, la mayoría de los cultivos no pueden sobrevivir sin la intervención humana. Sin embargo, se podría transmitir un aumento de la maleza si las plantas están más en forma o pueden competir con otras especies de cultivos al producir más semillas, al dispersar más polen o semillas, o al crecer más vigorosamente en un ambiente específico. De hecho, los girasoles transgénicos pueden producir más de un 50% más de semillas que las variedades tradicionales. Además, un trabajo reciente muestra que, en comparación con el polen, es más probable que las semillas transmitan los genes de la remolacha azucarera transgénica a parientes silvestres en Europa occidental. Norman Ellstrand, genetista de plantas de la Universidad de California en Riverside, ha demostrado que el flujo de genes de muchos cultivos obtenidos de forma convencional aumenta la maleza de los parientes silvestres cercanos.

Para muchos cultivos domésticos, las variedades silvestres no existen en las áreas de cultivo actuales. Sin embargo, las regiones donde se originaron las especies de cultivos son particularmente vulnerables al flujo de genes transgénicos hacia las variedades locales o variedades locales. Algunos temen que las variedades transgénicas con una ventaja competitiva puedan desplazar gradualmente la valiosa diversidad genética. Por estas razones, el maíz transgénico está prohibido en México, hogar de más de 100 variedades únicas.

A pesar de la prohibición, se han encontrado transgenes en el maíz mexicano. “Hemos confirmado en varias instancias que existen transgenes en variedades locales de maíz en Oaxaca”, dice Ariel Alvarez-Morales, genetista de plantas del Centro Mexicano de Investigación y Estudios Avanzados (CINVESTAV) en Irapuato. Las ramificaciones de esto no se conocerán por algún tiempo, pero Luis Herrera-Estrella, Director de Biotecnología Vegetal de CINVESTAV, está convencido de que estos rasgos de un solo gen tendrán poca importancia para las variedades nativas mexicanas. “Si los genes Bt dan una ventaja al agricultor, seguirán cultivándola. En ese caso, no estará mal ”, dice sobre las variedades locales que cambian dinámicamente. “El flujo de genes ha estado ocurriendo durante 50 años desde las líneas comerciales hasta las variedades locales”. Aunque admite esto, Ellstrand señala que "si hay genes que no desea introducir en las variedades locales, esto demuestra la facilidad con la que pueden llegar allí". (Ver recuadro 2.)

Recuadro 2. Maíz farmacéutico

“El riesgo del flujo de genes que me mantiene despierto por la noche es la posibilidad de hibridación entre cultivos diseñados para fabricar venenos y cultivos relacionados destinados al consumo humano”, dice el genetista de plantas Norman Ellstrand. De hecho, esta aplicación de cultivos transgénicos busca convertir el maíz en fábricas farmacéuticas rentables y puede llevar la marca de un riesgo inaceptable. Actualmente es objeto de un intenso debate. El maíz, un cultivo de polinización abierta, es conocido por su promiscuidad, lo que lo hace más propenso a los riesgos de flujo genético que otros cultivos. La contaminación genética adquiere un significado completamente nuevo cuando el rasgo evitable podría producir proteínas para tratar la diabetes o una vacuna contra la hepatitis B.

Dado que el maíz farmacéutico exige múltiples medidas de seguridad, incluida la producción en áreas remotas, equipos agrícolas separados, plantación retrasada para compensar la polinización, muchos preguntan: "¿Por qué usar maíz?" "Sabemos mucho sobre la genética del maíz", explica el biotecnólogo agrícola Guy Cardineau, "y naturalmente se presta a la producción con paquetes de proteína que se pueden almacenar indefinidamente". Varios científicos y fabricantes de alimentos de los Estados Unidos aún no están convencidos de que los beneficios superen los riesgos y se han unido a grupos ambientalistas para cuestionar el uso del maíz farmacéutico.

En 2002 se plantaron más de 130 acres de pruebas de campo de cultivos farmacéuticos. Varios productos han pasado a ensayos clínicos. Conscientes de las preocupaciones, los miembros de la influyente Organización de la Industria de Biotecnología decidieron en diciembre pasado revocar su decisión inicial de retirar los cultivos farmacéuticos de los estados del cinturón de maíz de los Estados Unidos y vigilar voluntariamente su uso. Recientemente comenzó una prueba en Colorado de maíz que produce una proteína para tratar la fibrosis quística.

De hecho, los impactos no deseados son una preocupación primordial. El riesgo potencial para los organismos no objetivo ocupó un lugar central cuando un artículo de 1999 en Naturaleza sugirió que las poblaciones de mariposas monarca podrían verse afectadas negativamente por los transgenes Bt. Corregidos por publicaciones posteriores, los experimentos de campo no respaldaron los resultados originales de laboratorio. Pero los efectos sobre otros organismos no objetivo, como los microbios del suelo, siguen siendo motivo de preocupación. Cuando la investigación en genética microbiana descubrió cómo se podían transferir genes entre especies de formas distintas a la reproducción, la denominada transferencia genética horizontal, no solo explicó por qué los microorganismos eran tan diversos, sino que los microbios podrían potencialmente estar dotados de ADN de plantas transgénicas que se encuentran en el suelo. . "Aunque es una posibilidad teórica, no hay evidencia de que suceda en algún grado de frecuencia para que sea significativo", dice Persley.

Sin embargo, las opiniones difieren al respecto y parecen seguir la división entre Estados Unidos y la Unión Europea sobre el uso de cultivos transgénicos. Kaare Nielsen, genetista microbiano de la Universidad de Tromsø en Noruega, es uno de los pocos científicos que ha encontrado ejemplos de transferencia genética horizontal. “En realidad, hay muy pocos estudios y la mayoría de los realizados se han realizado en plantas de primera generación”, explica Nielsen. Dado que el ADN de las plantas puede durar más de dos años en el suelo, Nielsen no cree que se pueda descartar la posibilidad y sostiene que son necesarios estudios a largo plazo. El trabajo continúa en esta área en Europa.

La falta de datos ecológicos de línea de base, incluso acordar qué es una línea de base apropiada, presenta una brecha de conocimiento sustancial para las evaluaciones de impacto ambiental. Los científicos, incluido Nielsen, se preguntan si podría haber factores de riesgo inesperados. Allison Snow, experta en marihuana de la Universidad Estatal de Ohio, está de acuerdo con lo que muchos creen que es el riesgo más importante: la incapacidad de anticipar todos los efectos. "¿Conocemos todas las preguntas correctas que deberíamos hacernos?" se pregunta, y agrega: "Los genes son complicados y pueden interactuar". Por estas razones, identificar los factores que regulan las poblaciones de malezas y plagas y determinar cómo los cambios en las comunidades microbianas afectan los ecosistemas más grandes son áreas importantes de investigación.


Teosinte

Hace unos 9.000 años, los humanos comenzaron a interactuar con el teosinte silvestre en el valle del río Balsas en el centro-sur de México. Durante varios miles de años de administración de semillas, nuestros antepasados ​​desarrollaron maíz domesticado y las miles de variedades diferentes que existen en la actualidad.

USOS CULINARIOS:

El teosinte no se consume ampliamente. En México, el tallo se mastica por sus jugos dulces, que recuerdan al azúcar. La evidencia arqueológica sugiere que el jugo dulce de los tallos de teocintle se consumió antes del descubrimiento del grano. La cubierta exterior dura del teosinte hace que el grano seco no sea comestible. Fue una mutación genética la que provocó la desaparición de esta dura capa exterior. Los criadores de plantas ancestrales aprovecharon este rasgo al guardar y plantar estos granos, esencialmente haciendo que el maíz sea lo que es hoy.

IMPORTANCIA SOCIO-CULTURAL:

El teosinte es un cultivo extremadamente importante, ya que se creía que la subespecie parviglumis es el progenitor silvestre del maíz. Hace unos 9.000 años, el teosinte crecía de forma silvestre, como una planta similar a la hierba, con un grano en una cáscara dura que se dispersaba solo cuando estaba maduro. Hace unos 9.000-6.000 años, los pueblos antiguos comenzaron a desarrollarse parviglumis teosinte en un cultivo que se asemeja más a lo que conocemos como maíz. Sus granos comenzaron a crecer sin la cáscara dura, y los humanos domesticaron esta planta por su grano, cambiando el tamaño y la textura de los granos. Esta mutación que provocó la pérdida de la cáscara significó que la planta ya no podía crecer salvaje en su forma actual, ya que los granos estaban desprotegidos de depredadores como las aves. A través de estas interacciones con los humanos, se cree que el maíz se convirtió en la planta que es ahora.

El teosinte nunca ha crecido en el suroeste de Estados Unidos. El maíz domesticado se cultivó en el suroeste hace 4.000 años. A medida que las variedades domesticadas de maíz se trasladaron desde el centro de México a todas las Américas, se realizó una polinización cruzada con otras subespecies de teocintle, incluidas Zea mays mexicana que es nativa del noroeste de México.

Los agricultores de México y América Central todavía dejan que las plantas silvestres de teocintle crezcan alrededor de los bordes de sus campos de maíz, ya que se cree que el teocinte hace que las plantas de maíz sean "más fuertes". Esto se debe a que la transferencia genética entre variedades silvestres y domesticadas diversifica el código genético del maíz domesticado, lo que reduce los impactos de la endogamia y el estrechamiento genético. El polen del teocintle puede polinizar las sedas del maíz domesticado porque todavía están estrechamente relacionados. Esta diversidad conduce a poblaciones más saludables. El teosinte se usa ampliamente como cultivo forrajero para el ganado en México y las semillas se pueden alimentar a otros animales como pollos y cerdos.

El teosinte es considerado la madre del maíz y, por lo tanto, ocupa un lugar muy importante en la cultura y las creencias indígenas. Para muchas sociedades indígenas de las Américas, el maíz es considerado la madre de todas las personas y es el cultivo más importante. El nombre teosinte se deriva de la palabra náhuatl tosintli que significa maíz sagrado. Muchos pueblos indígenas que visitan las instalaciones del banco de semillas Native Seeds / SEARCH han honrado el teosinte. Un momento memorable vino de Martina, una joven maestra zapoteca de Oaxaca. Comenzó a llorar cuando sostenía las preciosas semillas de teocintle. Habló de cómo su familia y su cultura tienen historias sobre el teocintle sagrado, pero nunca había podido verlo. Sostenerlo era algo muy valioso para ella.

TÉCNICAS DE CULTIVO:

El teocintle comúnmente crece de manera silvestre en el sur de México, a lo largo de los lados de los arroyos y en las laderas, pero también se encuentra en terrenos baldíos y a lo largo de los límites de los campos. Las plantas de teocintle no producen flores o borlas hasta los días más cortos del otoño, lo que dificulta la cosecha de semillas en áreas propensas a las heladas en América del Norte. Su área de distribución natural no se extiende más allá del sur de Chihuahua.

Este ancestro salvaje del maíz domesticado comparte muchas de las mismas características que el maíz moderno. Sin embargo, las mazorcas son pequeñas (2-3 ") con solo 1 hilera de semillas de forma triangular. Las plantas producirán sedas y borlas, pero serán más frondosas con muchas ramas. Cada semilla está rodeada por una caja de fruta muy dura que la protege en Remoje las semillas durante la noche para ayudar en la germinación.

REFERENCIAS:

Teocintle. (2015). Obtenido de http://www.biodiversidad.gob.mx/usos/maices/teocintle2012.html

Boutard, Anthony (2012) Hermoso maíz: el grano original de Estados Unidos de la semilla al plato. Vancouver, Canadá: New Society Publishers.


¿Cómo convertir teosinte en maíz? - biología

La ciencia evolutiva es mucho más grande, mucho más profunda, mucho más interesante de lo que sus oponentes (comprensiblemente) admitirán. Es más complicado de lo que Michael Behe ​​o Bill Dembski dejaron ver y, sin embargo, no es tan difícil de seguir, para aquellos que están dispuestos a intentarlo. Los mejores artículos de biólogos evolucionistas son infinitamente fascinantes y científicamente excelentes, y leerlos es estimulante y divertido.

Sin embargo, como biólogo del desarrollo experimental que lee trabajos en biología evolutiva, a menudo me encuentro anhelando lo que llamamos "el experimento definitivo". La biología molecular, por ejemplo, puede señalar algunos experimentos definitivos, elegantes y a menudo simples, que proporcionaron respuestas a grandes preguntas. A veces, mientras examino una excelente explicación evolutiva, pienso: "¿No sería genial si pudieran hacer el experimento?"

Ahora, por supuesto, mucha biología evolutiva es experimental, y he revisado algunos muy buenos ejemplos de ciencia evolutiva experimental en este blog. Pero cuando se trata de la selección y la evolución de nuevas estructuras y funciones, el análisis a menudo parece pedir un experimento, uno que sea simple de concebir pero, por lo general, imposible de llevar a cabo: no hay suficiente tiempo. El Journal Club anterior consideró una forma de sortear esta limitación: devolver el pasado a la vida. Aún mejor, sin embargo, sería encontrar un ejemplo de cambio evolutivo en el que las formas nuevas y viejas todavía están vivas, de modo que se pueda hacer la comparación del antes y el después. Se vería así: tomar una especie, someterla a influencias evolutivas de algún tipo hasta que los descendientes se vean significativamente diferentes de los antepasados, luego comparar los genomas (o procesos de desarrollo) del descendiente y el antepasado, con la esperanza de descubrir el tipos de cambios a nivel genético o de desarrollo que dieron lugar a las diferencias en la apariencia o función de los organismos. Sería un experimento genial.

De hecho, ese tipo de experimento se ha realizado más de una vez. El mejor ejemplo, en mi opinión, involucra a un organismo mucho menos sexy que un dinosaurio o un pinzón o una ballena: Zea mays, más conocido como maíz (o maíz).

El maíz es una hierba, pero una hierba que ha sido tan ampliamente modificada genéticamente que apenas es reconocible (para los no especialistas como yo) como miembro de esa familia. Esperar. ¿genéticamente modificado? Sí, y no estoy hablando de los trucos realmente modernos que nos dieron el maíz Bt o el maíz Roundup Ready. De hecho, las cosas maravillosas que cultivan en Iowa son bastante diferentes de las plantas que los humanos comenzaron a cosechar y domesticar en América Central hace unos milenios. El maíz tal como lo conocemos es el resultado de una importante transformación evolutiva, impulsada por la selección a manos de los humanos. (No encuentro la distinción de selección natural / artificial en absoluto útil, ya que no hay una diferencia explicativa, pero puede referirse a la selección bajo consideración aquí como 'artificial' si le hace sentir mejor). tema en la genética evolutiva durante décadas, pero está en gran parte ausente de las discusiones populares, probablemente porque el Discovery Institute lo ha evitado sabiamente. Espero que pronto quede claro por qué no encontrará la palabra 'teosinte' en ninguna parte de discovery.org.

Durante muchos años, el origen del maíz fue un misterio. Como la mayoría de los cultivos conocidos, fue domesticado hace 6000-10,000 años. Pero a diferencia de otros cultivos, su antepasado salvaje era desconocido hasta hace relativamente poco tiempo. ¿Por qué esta extraña laguna en nuestro conocimiento? Bueno, resulta que el maíz es sorprendentemente diferente, en forma o morfología, de su pariente silvestre más cercano, que es una hierba llamada teosinte, todavía nativa del suroeste de México. De hecho, el maíz y el teosinte son tan diferentes en apariencia que los biólogos inicialmente consideraron que el teosinte estaba más relacionado con el arroz que con el maíz, e incluso cuando la evidencia comenzó a sugerir una relación genética y evolutiva, la idea era difícil de aceptar. Como dice John Doebley, genetista de la Universidad de Wisconsin y experto en genética y evolución del maíz: "Las asombrosas diferencias morfológicas entre las mazorcas de maíz y el teosinte parecían excluir la posibilidad de que el teocintle pudiera ser el progenitor del maíz". (Del artículo de la Revisión anual de 2004, disponible en el sitio web del laboratorio y citado a continuación).

  • Los cromosomas del maíz y el teocintle son casi indistinguibles en niveles muy finos de detalle estructural.
  • El análisis utilizando ADN de microsatélites (elementos de ADN repetitivos que se encuentran en la mayoría de los genomas) identificó al teosinte como el antepasado inmediato del maíz e indicó que la divergencia ocurrió hace 9000 años, de acuerdo con los hallazgos arqueológicos.
  • Lo más importante es que un cruce entre maíz y teocintle produce una descendencia fértil y saludable. Entonces, sorprendentemente, a pesar de ser tan diferentes en apariencia que los biólogos inicialmente los consideraron no relacionados, el maíz y el teosinte son claramente miembros de la misma especie.

Primero, eche un vistazo a un ejemplo de uno de los cambios evolutivos en el teocintle bajo la selección humana.

La pequeña mazorca de maíz de la izquierda es una mazorca "primitiva", la cosa marrón de la derecha es una mazorca de teocintle puro. (Ambos miden unos 5 cm de largo). La mazorca "primitiva" es similar a los especímenes arqueológicos que representan el maíz más antiguo conocido. Imagen de John Doebley, "La genética de la evolución del maíz", Revisión anual de genética 38: 37-59, 2004. Artículo descargado del sitio web del laboratorio Doebley.

Lo que está en el extremo izquierdo es una "mazorca" de teosinte, el extremo derecho es nuestro maíz amigo, y el medio es lo que se obtiene en un híbrido entre los dos. Foto de John Doebley imagen del sitio web del laboratorio Doebley.

Cuando escuché por primera vez sobre este trabajo en la Reunión Anual de 2006 de la Sociedad de Biología del Desarrollo, quedé asombrado por la cantidad de biología evolutiva básica que se expuso al análisis experimental en este gran experimento en curso. Aquí hay dos ejemplos clave de los conocimientos y descubrimientos generados en estudios recientes sobre la evolución del maíz.

1. ¿La evolución de nuevas características requiere mutaciones nuevas y raras en los genes principales?

Quizás te parezca una pregunta estúpida. Los propagandistas anti-evolución están ansiosos por crear la impresión de que el cambio evolutivo solo ocurre cuando un pequeño número de mutaciones increíblemente improbables de alguna manera logran ayudar y no dañar a una especie. Y, de hecho, la biología experimental ha producido buenos ejemplos de tales fenómenos. Pero hay al menos otro modelo genético que se ha propuesto para explicar la evolución de nuevas formas. Este punto de vista postula que muchas de las características principales exhibidas por los organismos son características de "umbral", lo que significa que están determinadas por muchas influencias convergentes que se suman y, una vez que el nivel de influencia excede un umbral, generan la característica. El modelo predice que ciertos rasgos invariantes (es decir, que nunca cambian) mostrarían sin embargo una variación genética significativa, ya que la selección evolutiva actúa sobre el rasgo general y no sobre las influencias genéticas individuales que se suman. De ahí la implicación de que.

Compare esa discusión, y otras similares en el artículo que estoy citando, con el parloteo sobre mutaciones que pasa por una crítica antievolucionaria de la genética evolutiva. No puedo encontrar evidencia de que Michael Behe ​​o cualquier otro teórico del DI hayan intentado siquiera abordar seriamente la importancia de la variación genética en las poblaciones. Todavía no he leído The Edge of Evolution, pero lo tengo aquí mismo, y el índice sugiere que Behe ​​no ha intentado involucrar a la genética más allá del nivel de la escuela secundaria. Hay una buena razón por la que Behe ​​es objeto de desprecio en la biología evolutiva. Quiere que pienses que es porque sus críticos son malos. No, es mucho peor que eso.

2. ¿El cambio evolutivo es el resultado de una "obtención de información" o la evolución darwiniana simplemente elimina las cosas?

Sería fácil tener la impresión de varios creacionistas y defensores del DI de que la mutación y la selección solo pueden eliminar cosas de un genoma. El comentario creacionista de la Tierra Joven sobre la "microevolución" (un término asqueroso para el hecho ahora innegable del cambio genético a lo largo del tiempo) siempre agrega que este tipo de cambio NO implica NUEVA INFORMACIÓN. (Las mayúsculas son importantes, aparentemente, ya que las mayúsculas y / o las cursivas son de rigueur en el negacionismo creacionista sobre este tema).

Del mismo modo, Michael Behe ​​quiere que pienses que las mutaciones beneficiosas (o adaptativas) son casi imposibles, y que cuando suceden es casi siempre porque algo se ha eliminado o dañado, con un resultado beneficioso.

Los estudios de la evolución en el maíz y el teosinte (y otras plantas domesticadas), sin mencionar hallazgos como la historia del VIH en el ahora famoso blog de Abbie Smith, cuentan una historia diferente y, por supuesto, más maravillosamente interesante. En una pequeña revisión sobre la genética de la evolución de las plantas de cultivo en Science en junio pasado, John Doebley señala que la mayoría de las mutaciones que llevaron a importantes innovaciones evolutivas se produjeron en los factores de transcripción, que son proteínas que activan y desactivan otros genes. Luego esto:

El cambio de teocintle a maíz ocurrió en unos mil años. Eso es una rápida evolución. Aplique la selección a una población variable y obtendrá nuevas funciones, nuevas proteínas, nuevos genes, organismos completamente nuevos. Rápido .

Entonces, en resumen, podemos hacer el experimento. Y hemos hecho el experimento. ("Nosotros" somos John Doebley y sus muchos colegas capaces). Y hemos aprendido mucho sobre la evolución y el desarrollo. Ahora, si pudiéramos hacer que la gente lo lea. Entonces sabrán más sobre la evolución, y sobre el mundo de Dios, y sobre la confiabilidad de las máquinas de propaganda anti-evolución que están explotando la credulidad de los cristianos evangélicos.

Publicado por Stephen Matheson & # 160

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La ciencia evolutiva es mucho más grande, mucho más profunda, mucho más interesante de lo que sus oponentes (comprensiblemente) admitirán. Es más complicado de lo que Michael Behe ​​o Bill Dembski dejaron ver y, sin embargo, no es tan difícil de seguir, para aquellos que están dispuestos a intentarlo. Los mejores artículos de biólogos evolucionistas son infinitamente fascinantes y científicamente excelentes, y leerlos es estimulante y divertido.

Sin embargo, como biólogo del desarrollo experimental que lee trabajos en biología evolutiva, a menudo me encuentro anhelando lo que llamamos "el experimento definitivo". La biología molecular, por ejemplo, puede señalar algunos experimentos definitivos, elegantes y a menudo simples, que proporcionaron respuestas a grandes preguntas. A veces, mientras examino una excelente explicación evolutiva, pienso: "¿No sería genial si pudieran hacer el experimento?"

Ahora, por supuesto, mucha biología evolutiva es experimental, y he revisado algunos muy buenos ejemplos de ciencia evolutiva experimental en este blog. Pero cuando se trata de la selección y la evolución de nuevas estructuras y funciones, el análisis a menudo parece pedir un experimento, uno que sea simple de concebir pero, por lo general, imposible de llevar a cabo: no hay suficiente tiempo. El Journal Club anterior consideró una forma de sortear esta limitación: devolver el pasado a la vida. Aún mejor, sin embargo, sería encontrar un ejemplo de cambio evolutivo en el que las formas nuevas y viejas todavía están vivas, de modo que se pueda hacer la comparación del antes y el después. Se vería así: tomar una especie, someterla a influencias evolutivas de algún tipo hasta que los descendientes se vean significativamente diferentes de los antepasados, luego comparar los genomas (o procesos de desarrollo) del descendiente y el antepasado, con la esperanza de descubrir el tipos de cambios a nivel genético o de desarrollo que dieron lugar a las diferencias en la apariencia o función de los organismos. Sería un experimento genial.

De hecho, ese tipo de experimento se ha realizado más de una vez. El mejor ejemplo, en mi opinión, involucra a un organismo mucho menos sexy que un dinosaurio o un pinzón o una ballena: Zea mays, más conocido como maíz (o maíz).

El maíz es una hierba, pero una hierba que ha sido tan ampliamente modificada genéticamente que apenas es reconocible (para los no especialistas como yo) como miembro de esa familia. Esperar. ¿genéticamente modificado? Sí, y no estoy hablando de los trucos realmente modernos que nos dieron el maíz Bt o el maíz Roundup Ready. De hecho, las cosas maravillosas que cultivan en Iowa son bastante diferentes de las plantas que los humanos comenzaron a cosechar y domesticar en América Central hace unos milenios. El maíz tal como lo conocemos es el resultado de una importante transformación evolutiva, impulsada por la selección a manos de los humanos. (No encuentro la distinción de selección natural / artificial en absoluto útil, ya que no hay una diferencia explicativa, pero puede referirse a la selección bajo consideración aquí como 'artificial' si le hace sentir mejor). tema en la genética evolutiva durante décadas, pero está en gran parte ausente de las discusiones populares, probablemente porque el Discovery Institute lo ha evitado sabiamente. Espero que pronto quede claro por qué no encontrará la palabra 'teosinte' en ninguna parte de discovery.org.

Durante muchos años, el origen del maíz fue un misterio. Como la mayoría de los cultivos conocidos, fue domesticado hace 6000-10,000 años. But unlike other crops, its wild ancestor was unknown until relatively recently. Why this odd gap in our knowledge? Well, it turns out that corn is shockingly different -- in form, or morphology -- from its closest wild relative, which is a grass called teosinte, still native to southwestern Mexico. In fact, corn and teosinte are so different in appearance that biologists initially considered teosinte to be more closely related to rice than to corn, and even when evidence began to suggest a genetic and evolutionary relationship, the idea was hard to accept. As John Doebley, University of Wisconsin geneticist and expert on corn genetics and evolution, puts it: "The stunning morphological differences between the ears of maize and teosinte seemed to exclude the possibility that teosinte could be the progenitor of maize." (From 2004 Annual Review article, available on the lab website and cited below.)

  • The chromosomes of corn and teosinte are nearly indistinguishable at very fine levels of structural detail.
  • Analysis using microsatellite DNA (repetitive DNA elements found in most genomes) identified teosinte as the immediate ancestor of corn, and indicated that the divergence occurred 9000 years ago, in agreement with archaeological findings.
  • Most importantly, a cross between corn and teosinte yields healthy, fertile offspring. So, amazingly, despite being so different in appearance that biologists initially considered them unrelated, corn and teosinte are clearly members of the same species .

First, have a look at an example of one of the evolutionary changes in teosinte under human selection.

The small ear of corn on the left is a "primitive" ear the brown thing on the right is an ear from pure teosinte. (Both are about 5 cm long.) The "primitive" ear is similar to archaeological specimens representing the earliest known corn. Image from John Doebley, "The genetics of maize evolution," Revisión anual de genética 38:37-59, 2004. Article downloaded from Doebley lab website.

The thing on the far left is a teosinte "ear," the far right is our friend corn, and the middle is what you get in a hybrid between the two. Photo by John Doebley image from Doebley lab website.

When I first heard about this work at the 2006 Annual Meeting of the Society for Developmental Biology, I was astonished at the amount of basic evolutionary biology that was exposed to experimental analysis in this great ongoing experiment. Here are two key examples of the insights and discoveries generated in recent studies of corn evolution.

1. Does the evolution of new features require new, rare, mutations in major genes?

Perhaps this seems like a stupid question to you. Anti-evolution propagandists are eager to create the impression that evolutionary change only occurs when small numbers of wildly improbable mutations somehow manage to help and not hurt a species. And in fact, experimental biology has produced good examples of just such phenomena. But there is at least one other genetic model that has been put forth to explain the evolution of new forms. This view postulates that many major features exhibited by organisms are "threshold" traits, meaning that they are determined by many converging influences which add together and -- once the level of influence exceeds a threshold -- generate the trait. The model predicts that certain invariant (i.e., never-changing) traits would nevertheless exhibit significant genetic variation, since evolutionary selection is acting on the overall trait and not on the individual genetic influences that are added together. Hence the implication that.

Compare that discussion, and others like it in the paper I'm quoting, with the yapping about mutations that passes for anti-evolution criticism of evolutionary genetics. I can find no evidence that Michael Behe or any other ID theorist has even attempted to seriously address the importance of genetic variation in populations. I haven't read The Edge of Evolution yet, but I have it right here, and the index suggests that Behe hasn't tried to engage genetics beyond the high school level. There's a good reason why Behe is an object of scorn in evolutionary biology. He wants you to think it's because his critics are mean. No it's much worse than that.

2. Does evolutionary change ever result from a "gain of information," or does Darwinian evolution merely prune things out?

It would be easy to get the impression from various creationists and ID proponents that mutation and selection can only remove things from a genome. Young-earth creationist commentary on "microevolution" (a yucky term for the now-undeniable fact of genetic change over time) always adds that this kind of change involves NO NEW INFORMATION. (The caps are important, apparently, since caps and/or italics are de rigueur in creationist denialism on this topic.)

Similarly, Michael Behe wants you to think that beneficial (or adaptive) mutations are some kind of near impossibility, and that when they do happen it's almost always because something's been deleted or damaged, with a beneficial outcome.

Studies of evolution in corn and teosinte (and other domesticated plants), not to mention findings like the HIV story on Abbie Smith's now-famous blog, tell a different -- and, of course, more wonderfully interesting -- story. In a minireview on the genetics of crop plant evolution in Science last June, John Doebley notes that most of the mutations that led to major evolutionary innovations occurred in transcription factors, which are proteins that turn other genes on and off. Then this:

The change from teosinte to corn happened in about a thousand years. That's fast evolution. Apply selection to a varying population, and you get new functions, new proteins, new genes, completely new organisms. Fast .

So in summary, we can do the experiment. And we've done the experiment. ('We' being John Doebley and his many able colleagues.) And we've learned a lot about evolution and development. Now if we can just get people to read it. Then they'll know more about evolution, and about God's world, and about the trustworthiness of the anti-evolution propaganda machines that are exploiting the credulity of evangelical Christians.


Corn Landraces, Beautiful, Diverse, and Necessary for a Changing Climate!

The fascinating “rainbow” of American corn landraces, shown in Figure 3, is the result of the interaction among three important factors: first, corn’s biological qualities (its ability to grow fast and in very diverse weather conditions and types of soil, and its particular gene combinations), second, the environments where different corn varieties have been grown for over 6,000 years, and third, the diverse cultures across the Americas, whose people have been selecting maize varieties for different uses and flavors. Therefore, the huge variety of corn landraces will not always stay the same, because these three factors also change over time. This means that we cannot just go and collect lots of seeds from each variety of corn and store them in a fridge, expecting that the varieties we save will still be able to grow even when the conditions of the world change. This is the reason why we think it is crucial to preserve maize diversity en el lugar (in the sites where maize varieties are currently being grown), not only in seed banks (seed banks are called ex situ or “outside of their site”).

  • figura 3
  • Here you can see a map of the American continent showing where corn was domesticated (the Balsas river basin in Mexico). This figure also shows some of the corn landraces that are currently being grown across the continent. Note how different they are in size, shape, and color! Figure by Lucia Campos Peredo and Luis Fernando Sobrado/Zemperi.

We recently investigated what might happen to corn diversity in Mexico in the future, under different scenarios of climate change. We found that some landraces will thrive well if temperatures increase, but others may disappear [ 7 ]. Very importantly, we found that the more we preserve different types of corn landraces, we will be able to better adapt to climate change, reducing the negative impact on agricultural production (less yield per acre), as landraces will be more resistant to variable weather conditions than the commercial corn varieties that are currently being sown in many parts of the world.

Finally, it is also important to make sure that the traditional technologies with which corn has been cultivated for thousands of years are maintained. For example, in the Americas, since before 1492 A.C., maize has been cultivated using a system in which three different crops are grown together, usually beans, pumpkins, and corn are grown together on the same piece of land. This system is called Milpa in Latin America, or the three sisters in some parts of the USA. Different versions of the Milpa system are still used to grow these and other crops in Mexico and other countries in Central America. Even some of the so-called “weeds” that grow in the Milpa are tolerated and used for various traditional dishes (turns out that these weeds are both nutritious and delicious!) or used in traditional medicine. los Milpa system makes a better use of critical resources for agriculture: soil, physical space, sun, and water. This system is nowadays considered to be a very good method that has fewer negative impacts on the environment than other types of food production methods. By contrast, large-scale industrial farming relies heavily on the use of pesticides, synthetic fertilizers, irrigation, and heavy machinery, which all have huge impacts on the environment. Also, industrial corn agriculture is based on using maize varieties that are very similar genetically and as such, tend to perform poorly under difficult conditions (drought, extreme weather, and insect pests). These varieties tend to displace landraces, sometimes leading to local or complete extinction of local landraces. In addition, some industrial farms use corn varieties that have been genetically modified (GM) in a lab. Genetic modification involves adding genes from other organisms into the corn plant, to help it grow better under certain conditions. These GM varieties can cross with local landraces, potentially damaging them and the farmers who have them. Thus, corn plants that are very similar genetically can be useful in some contexts, but not in others, especially when it comes to diversifying what we eat.


The Domestication of Maize

Twenty thousand years ago, not a single crop species existed in its current form. Almost* every bite of food you eat today is the result huge amounts of human artificial selection, both unconsciously and intentionally by farmers and plant breeders. Sometimes the obvious changes are minor, for example between wild and domesticated strawberries:

Wild strawberry (left) and domesticated strawberry (right)

Clearly one of the major traits early strawberry growers selected for was bigger fruits. Which makes sense since it takes about the same amount of time an effort to pick a strawberry either way, but if you’re picking the ones on the right you’ll have more pounds of fruit picked at the end of the day.

But even in this case, the similarity in form hides major changes at the genome left. Strawberries went through two whole genome duplications during domestication (looks like it’s more complicated than I made it sound see comments), so each of the cells in the strawberries on the right contain eight copies of each chromosome, while the strawberry on the left contains the more standard two copies of each chromosome.

On the other end of the spectrum is maize. Maize is like nothing else on this earth, and for the longest time, many botanists and agronomists were convinced it must have been domesticated from a wild species that had since gone extinct. In fact the wild ancestor, a species of teosinte, of maize is so closely related to corn they can still mate with each other, the key definition of a species.

Teosinte was initially disregarded as the ancestor of corn because the two plants look very different. I could show you this if I’d been able to find a public domain photo of teosinte (or taken a picture of some of the plants when I rotated in a lab that was growing them). As is, you’ll have to take my word for it. To my eye a corn plant (at least up until it flowers) looks more like sorghum than it does like teosinte. The ears of corn also bear little resemblance to the tiny row of seeds produced by the female flowers of teosinte. (For a comparison of the two, look at the picture on the left here.)

Anyway, long before the corn genome came out, the fact corn had been domesticated from teosinte had been established. Some really clever classical genetics** suggested that 5-6 major genetic changes were responsible for most of the obvious physical changes between teosinte and corn. The Doebley lab actually mapped at least two of those changes, teosinte branched 1 (TB1) and teosinte glum architecture (TGA1).

Teosinte branched1 was one of the first genes that got me really excited about maize genetics. In fact it was this specific paper, assigned to me by an awesome post doc who refused to let me work for him until I know what I was talking about. The teosinte branched1 gene is actually expressed more in domesticated corn than in corn’s teosinte ancestors the result of a mutation in front of the gene. The gene’s job is to turn off clusters of cells near the base of each leaf which otherwise would develop into whole new stalks. The result is obvious:

From left to right mutant teosinte branched1 corn (where the tb1 gene doesn't work properly), normal corn, and sorghum. Key point: notice how the teosinte branched1 mutant corn and sorghum plants both have many stalks, while most corn has a single big one. The photo of the tb1 plant comes from maizeGDB the other two are my own.

But domestication isn’t just about a few big physical changes, there are a bunch of traits that farmers and farming select for both intentionally and unintentionally. Everything from when a crop flowers to how it tastes is under constant selection. So while 5-6 major traits may explain a lot of the obvious changes, the story of corn’s domestication includes many more genes. The publication of the corn genome is making it easier to track down those other domestication genes. Ed Buckler’s group is already identifying many of them.

When a single form of a gene which creates some desirable trait and is selected for, it displaces all the other variations of that gene. A telltale sign of selection for a particular gene is that comparing the versions of the gene from different individuals shows fewer differences than expected. Ed Buckler’s group generated more than 32,000,000,000 bases (the equivalent of 13 whole maize genomes) from 27 maize lines around the world. They identified 148 regions that where very similar between all 27 lines, a glaring difference from the normally incredible genetic diversity of corn. Finding these new candidates for domestication genes (I’ll be fascinated to learn more about which genes are on that list) were made possible by three things:

  • The corn genome sequencing project
  • The current generation of massively parallel sequencing technologies that make generating 32 gigabases of sequence possible for less than millions of dollars
  • The hard work of people like Michael Gore and Jer-ming Chia the two lead authors on this paper.

*The single biggest exception is probably seafood. Also venison, and other wild game, and well as a few forms of wild berries and nuts.

**Classical genetics is the kind you can do without a sequenced genome or most of the modern molecular biology tools that make life so much easier for biologists of my generation. In this case, by mating corn and teosinte and looking at the ratios of traits in the grandchildren


Fundación Nacional de Ciencias - Donde comienzan los descubrimientos

Indigenous farmers bred the plant for hardiness and better food quality


Cultivated corn was domesticated from teosinte more than 6,000 years ago.

May 27, 2005

This material is available primarily for archival purposes. Telephone numbers or other contact information may be out of date please see current contact information at media contacts.

Researchers have identified corn genes that were preferentially selected by Native Americans during the course of the plant's domestication from its grassy relative, teosinte, (pronounced "tA-O-'sin-tE") to the single-stalked, large-eared plant we know today. The study revealed that of the 59,000 total genes in the corn genome, approximately 1,200 were preferentially targeted for selection during its domestication.

The study, by University of California, Irvine's Brandon Gaut and his colleagues, appears in the May 27 issue of the journal, Ciencias.

Understandably, a primary goal of teosinte domestication was to improve the ear and its kernels. A teosinte ear is only 2 to 3 inches long with five to 12 kernels--compare that to corn's 12-inch ear that boasts 500 or more kernels! Teosinte kernels are also encased in a hard coating, allowing them to survive the digestive tracts of birds and grazing mammals for better dispersal in the wild. But, for humans, the tooth-cracking coating was undesirable so it was selectively reduced&hellipand reduced&hellipand reduced&hellipuntil all that remains is the annoying bit of paper-thin, translucent tissue that sometimes sticks between the teeth when one munches corn on the cob.

To analyze the genes of modern corn and its ancestral teosinte, Gaut and his coworkers used relatively new genomic techniques to determine the DNA sequence of 700 gene bits in the two plants and used "population genetics," the study of genetic variation, to compare them.

"These results will provide important insights to modern corn breeders in their quest to establish hardier, higher-yielding corn plants," said Gaut. "The scientific approach will also be useful in the study of other domesticated organisms, plants and animals alike."

This work generally confirms the idea that corn went through a "population bottleneck," or a period when a significant portion of corn&rsquos genetic diversity was lost, which typically marks a domestication event. Calculations using these data reveal that fewer than 3,500 teosinte plants may have contributed to the genetic diversity in modern corn.

Between 6,000 and 10,000 years ago, Native Americans living in what is now Mexico began domesticating teosinte, or the "grain of the gods," as the name has been interpreted to mean. Scientists cannot yet say how long this domestication process took, but they do know that around 4,500 years ago, a plant recognizable as today's corn was present across the Americas.

So, thousands of years before Gregor Mendel postulated his theories on genetics and heredity, indigenous Americans were breeding corn to select for desirable traits. By selectively breeding each generation, ancient farmers drastically changed teosinte's appearance, yield, grain quality and survivability&mdashculminating in today's "corn." In fact, teosinte is so unlike modern corn, 19 th century botanists did not even consider the two to be related.

"This is a very exciting finding," said Jane Silverthorne of the National Science Foundation's (NSF) biology directorate, which funded the project. "We are beginning to have a much clearer picture of what happened to the genes responsible for the structure of today&rsquos corn plant."

A broad understanding of the genes present in modern-day corn will provide a foundation for improving it as well as its cousin cereal crops. Target goals include yield increases, improved insect and pathogen resistance, enhanced environmental adaptability, and improved nutritional value. To that end, sequencing the entire genome of corn is also critical to improving the crop and its value in human subsistence.

According to the U.S. Department of Agriculture (USDA), nearly 12 billion bushels of corn were harvested in the United States in 2004, which will be used for a diverse array of products including livestock feed, ethanol and plastic consumer items, as well as food. The National Corn Growers Association reported that 2003 corn exports were valued at $4.5 billion.

Supported by NSF's Plant Genome Research Program, this collaborative project included Gaut and co-workers at the University of California, Irvine, together with scientists from the USDA-Agricultural Research Service, the University of Missouri and the University of Wisconsin. NSF is part of an interagency program along with the U.S. Department of Energy and the USDA that plans to support the sequencing of the corn genome over the next three years.


Ancient farmers drastically changed teosinte's yield, grain quality and hardiness.
Crédito y versión más grande

Media Contacts
Richard (Randy) Vines, NSF, (703) 292-7963, email: [email protected]

Program Contacts
Jane Silverthorne, NSF, (703) 292-8470, email: [email protected]

Principal Investigators
Brandon Gaut, University of California, Irvine, (949) 824-2564, email: [email protected]

The U.S. National Science Foundation propels the nation forward by advancing fundamental research in all fields of science and engineering. NSF supports research and people by providing facilities, instruments and funding to support their ingenuity and sustain the U.S. as a global leader in research and innovation. With a fiscal year 2021 budget of $8.5 billion, NSF funds reach all 50 states through grants to nearly 2,000 colleges, universities and institutions. Each year, NSF receives more than 40,000 competitive proposals and makes about 11,000 new awards. Those awards include support for cooperative research with industry, Arctic and Antarctic research and operations, and U.S. participation in international scientific efforts.


Ancient farmers drastically changed teosinte's yield, grain quality and hardiness.
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How to turn teosinte into corn? - biología

URBANA, Ill. – Corn didn’t start out as the powerhouse crop it is today. No, for most of the thousands of years it was undergoing domestication and improvement, corn grew humbly within the limits of what the environment and smallholder farmers could provide.

For its fertilizer needs, early corn made friends with nitrogen-fixing soil microbes by leaking an enticing sugary cocktail from its roots. The genetic recipe for this cocktail was handed down from parent to offspring to ensure just the right microbes came out to play.

But then the Green Revolution changed everything. Breeding tools improved dramatically, leading to faster-growing, higher-yielding hybrids than the world had ever seen. And synthetic fertilizer application became de rigueur.

That’s the moment corn left its old microbe friends behind, according to new research from the University of Illinois. And it hasn’t gone back.

“Increasing selection for aboveground traits, in a soil setting where we removed all reliance on microbial functions, degraded microbial sustainability traits. In other words, over the course of half a century, corn breeding altered its microbiome in unsustainable ways,” says Angela Kent, professor in the Department of Natural Resources and Environmental Sciences at the University of Illinois and co-author of a new study in the International Society of Microbial Ecology Journal.

Kent, along with co-authors Alonso Favela and Martin Bohn, found modern corn varieties recruit fewer “good” microbes – the ones that fix nitrogen in the soil and make it available for crops to take up – than earlier varieties. Instead, throughout the last several decades of crop improvement, corn has been increasingly recruiting “bad” microbes. These are the ones that help synthetic nitrogen fertilizers and other sources of nitrogen escape the soil, either as potent greenhouse gases or in water-soluble forms that eventually end up in the Gulf of Mexico and contribute to oxygen-starved “dead zones.”

“When I was first analyzing our results, I got a little disheartened,” says Favela, a doctoral student in the Program in Ecology, Evolution, and Conservation Biology at Illinois and first author on the study. “I was kind of sad we had such a huge effect on this plant and the whole ecosystem, and we had no idea we were even doing it. We disrupted the very root of the plant.”

To figure out how the corn microbiome has changed, Favela recreated the history of corn breeding from 1949 to 1986 by planting a chronological sequence of 20 off-patent maize lines in a greenhouse.

“We have access to expired patent-protected lines that were created during different time periods and environmental conditions. We used that understanding to travel back in time and look at how the associated microbiome was changing chronologically,” he says.

As a source of microbes, Favela inoculated the pots with soil from a local ag field that hadn’t been planted with corn or soybeans for at least two years. Once the plants were 36 days old, he sequenced the microbial DNA he collected from soil adhering to the roots.

“We characterized the microbiome and microbial functional genes related to transformations that occur in the nitrogen cycle: nitrogen fixation, nitrification, and denitrification,” he says. “We found more recently developed maize lines recruited fewer microbial groups capable of sustainable nitrogen provisioning and more microbes that contribute to nitrogen losses.”

Kent says breeding focused on aboveground traits, especially in a soil context flooded with synthetic nitrogen fertilizers, may have tweaked the sugary cocktail roots exude to attract microbes.

“Through that time period, breeders weren’t selecting for maintenance of microbial functions like nitrogen fixation and nitrogen mineralization because we had replaced all those functions with agronomic management. As we started selecting for aboveground features like yield and other traits, we were inadvertently selecting against microbial sustainability and even actively selecting for unsustainable microbiome features such as nitrification and denitrification,” she says.

Now that it’s clear something has changed, can breeders bring good microbes back in corn hybrids of the future?

Bohn, corn breeder and associate professor in the Department of Crop Sciences at Illinois, thinks it’s very possible to “rewild” the corn microbiome. For him, the answer lies in teosinte, a wild grass most people would have to squint pretty hard at to imagine as the parent of modern corn.

Like wild things everywhere, teosinte evolved in the rich context of an entire ecosystem, forming close relationships with other organisms, including soil microbes that made soil nutrients easier for the plant to access. Bohn thinks it should be possible to find teosinte genes responsible for creating the root cocktail that attracts nitrogen-fixing microbes. Then, it’s just a matter of introducing those genes into novel corn hybrids.

“I never thought we would go back to teosinte because it’s so far removed from what we want in our current agricultural landscape. But it may hold the key not only for encouraging these microbial associations it also may help corn withstand climate change and other stresses,” Bohn says. “We actually need to go back to teosinte and start investigating what we left behind so we can bring back these important functions.”

Bringing back the ability for corn to recruit its own nitrogen fixation system would allow producers to apply less nitrogen fertilizer, leading to less nitrogen loss from the system overall.

“Farmers don't always know how much nitrogen they will need, so, historically, they’ve dumped as much as possible onto the fields. If we bring these characteristics back into corn, it might be easier for them to start rethinking the way they manage nitrogen,” Bohn says.

Kent adds that a little change could go a long way.

“If we could reduce nitrogen losses by even 10% across the growing region of the Midwest, that would have huge consequences for the environmental conditions in the Gulf of Mexico,” she says.

The article, “Maize germplasm chronosequence shows crop breeding history impacts recruitment of the rhizosphere microbiome,” is published in the International Journal of Microbial Ecology Journal [https://doi.org/10.1038/s41396-021-00923-z].

The Department of Natural Resources and Environmental Sciences and the Department of Crop Sciences are in the College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences at the University of Illinois.


Ver el vídeo: EL TEOCINTLE, ANCESTRO DEL MAÍZ PARTE 14. CULTIVO PROCESO COMPLETO (Mayo 2022).


Comentarios:

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