Por mais de um século, Os geneticistas de plantas têm estudado o milho como um sistema modelo para entender as regras que governam a herança de características, e uma equipe de pesquisadores revelou recentemente um mecanismo até então desconhecido que desencadeia o silenciamento de genes no milho. O silenciamento de genes desativa os traços genéticos, uma consideração importante para os criadores de plantas que dependem da herança fiel de características de uma geração para a outra.

Historicamente, o gene p1 do milho tem sido usado como modelo pelos geneticistas do milho. Pesquisadores anteriores não sabiam que dois tipos de marcas de metilação de DNA sobrepostas poderiam modificar, silenciar ou ativar este gene. A descoberta aumenta o conhecimento dos geneticistas sobre os diferentes mecanismos de herança não-Mendeliana, de acordo com o pesquisador principal Surinder Chopra, professor de genética do milho, Faculdade de Ciências Agrárias, Estado de Penn.

Em descobertas relatadas em PLOS One , A equipe de Chopra mostrou que silenciar o gene da cor 1 do pericarpo do milho - regulador da cor da camada externa dos grãos e da cor da espiga - pode ter dois componentes epigenéticos "sobrepostos" - metilação de DNA dependente de RNA (RdDM) e metilação de DNA não dependente de RNA ( não-RdDM).

"Metilação de DNA, que é a adição de grupos metil à molécula de DNA, pode alterar a atividade de um segmento de DNA sem alterar a sequência, ", disse ele." A metilação do DNA normalmente atua para reprimir a transcrição do gene, que é a primeira etapa da expressão do gene. "

Em células vegetais, quando e em que nível um gene é expresso está sob estrito controle entre a ativação e supressão da transcrição, Chopra explicou. Pequenos RNAs - moléculas essenciais na regulação e expressão de genes - podem mediar a metilação de fitas de DNA e desligar a atividade de transcrição, portanto, desempenhando um papel no silenciamento de genes herdados ou transgenes introduzidos para produzir características de cultura desejáveis.

No milho, o gene da cor 1 do pericarpo regula o acúmulo de pigmentos flavonóides vermelho-tijolo chamados de flobahpenos. O padrão de pigmentação no pericarpo e nas "glumas" do grão de milho - membrana que cobre a espiga - depende da expressão do gene da cor 1 do pericarpo. Alguns exemplos desses padrões são:grãos brancos, espiga vermelha; grãos vermelhos, espiga vermelha; kernels variegados, espiga variegada; grãos vermelhos, espiga branca; e grãos brancos, espiga branca.

"Nosso estudo sobre o gene da cor 1 do pericarpo de milho demonstrou o envolvimento de pequenos mecanismos dependentes de RNA e independentes de RNA pequenos para a supressão do gene, "Chopra disse." Este estudo revela a camada adicional de regulação gênica por pequenos RNAs, e melhora nossa compreensão de como a expressão do gene é regulada especificamente em um tecido, mas não no outro. "

Tipicamente, quando os melhoristas de plantas estão criando novos tipos de cultivares, várias características para as quais eles estão se reproduzindo podem desaparecer ou sua expressão fica reduzida na progênie, ele disse. "E essa, agora sabemos, é por causa do silenciamento do gene. "

Uma melhor compreensão de como os mecanismos de silenciamento de genes causam o desaparecimento das características desejadas é necessária há muito tempo, Chopra acredita. Pode ser desastroso para um agricultor comprar sementes que não se comportam no crescimento da forma prometida pelo produtor.

Se um ou mais genes que estão controlando uma característica ficarem silenciosos devido à metilação de DNA sobreposta, então, essa característica basicamente desaparece da população.

"Esse é um grande revés para qualquer um que esteja tentando criar características como alto rendimento, que é regulado por vários genes, "disse Chopra." Se um ou dois desses genes essenciais para o alto rendimento silenciarem, então, pode ocorrer uma redução no rendimento geral. "