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Investigadores secuencian el genoma y rastrean la evolución del cultivo domesticado más antiguo del mundo

Un equipo internacional de investigadores dirigido por científicos de la UMD ha secuenciado el genoma completo del trigo escandinava, el primer cultivo domesticado del mundo, y ha rastreado su historia evolutiva. La información ayudará a los investigadores a identificar rasgos genéticos como la tolerancia a las enfermedades, la sequía y el calor, y reintroducir esos rasgos en el trigo harinero moderno. Es un gran paso adelante en la carrera para proteger el suministro mundial de alimentos del cambio climático y del clima cada vez más severo que se espera para los próximos años.

El nuevo genoma de referencia y la historia evolutiva se publican en la revista Nature.

«Lo más emocionante de tener este genoma secuenciado es que el einkorn es realmente una especie modelo que podemos usar para la investigación, no solo como referencia para el trigo harinero, sino también para otros granos pequeños como el centeno, la cebada y la avena», dijo Adam Schoen, un co-primer autor del artículo y un Ph.D. estudiante que trabaja con el profesor Vijay Tiwari en el Departamento de Ciencias de las Plantas y Arquitectura del Paisaje en la UMD.

Cultivado desde hace 12.000 años, se cree que el trigo escanda es el primer cultivo cultivado por humanos. A medida que la agricultura se extendió por todo el mundo, la gente reemplazó el einkorn con trigo harinero, que cultivaron selectivamente por características como gran tamaño de grano y fácil trilla. Durante siglos de cultivo y selección intensivos, el trigo harinero perdió su resistencia natural a la sequía, el calor y las plagas, propiedades que lo harían resistente a las amenazas actuales del cambio climático.

Pero la einkorn, que todavía se cultiva en una variedad de ambientes y se usa en ciertos panes rústicos, no se ha sometido a una crianza selectiva tan intensa, lo que significa que mantiene muchas de sus propiedades resistentes. Y a diferencia del trigo harinero, todavía existen variedades silvestres y domesticadas de einkorn.

Determinar cuál de los cientos de miles de genes en el trigo harinero es responsable de las propiedades resistentes es una tarea abrumadora. Ahí es donde entra la einkorn. Tiwari lidera un programa de mejoramiento a gran escala que tiene como objetivo reintroducir genes de resiliencia en el trigo harinero y está utilizando einkorn para ayudar.

Al comparar el genoma de la escanda con el genoma del trigo harinero, que se secuenció con éxito en 2018, los investigadores ahora pueden buscar discrepancias, reduciendo los posibles objetivos de los rasgos genéticos que difieren entre los granos de trigo antiguos y modernos. El nuevo estudio secuenció tanto la variedad doméstica como la salvaje de einkorn, identificando alrededor de cinco mil millones de pares de bases que se combinan para formar genes individuales y colocándolos en el orden correcto.

El estudio demostró que el einkorn se puede utilizar para mapear rasgos en el trigo harinero al mostrar que el gen que influye en la cantidad de brotes que una planta envía desde su base es el mismo gen en ambos granos. Desde que completaron este estudio, los investigadores de la UMD ya han comenzado a identificar genes económicamente importantes, como los del tamaño del grano, y a criarlos selectivamente en trigo harinero.

El genoma de referencia también permite a los científicos rastrear la historia evolutiva del trigo einkorn, lo que proporciona información sobre la historia humana. Los investigadores descubrieron que la einkorn se ha hibridado muchas veces desde su domesticación y dispersión inicial por Europa y Asia Central. Un análisis detallado del genoma podría informar los estudios antropológicos de la migración y el asentamiento humano.

Otro avance significativo del estudio fue la velocidad con la que los investigadores secuenciaron todo el genoma de referencia de einkorn. Aunque el genoma del trigo harinero tardó más de una década en secuenciarse, el estudio actual se completó en poco más de uno por año. Los investigadores acreditan la colaboración de expertos internacionales en el consorcio de mejoramiento de trigo que lidera Tiwary. Con expertos en seis países de cuatro continentes, el equipo ha aplicado a la tarea los métodos y tecnologías más avanzados de diversas áreas de especialidad.

«Este es el primer paso», dijo Tiwari. «No solo estamos introduciendo genes de einkorn en el trigo harinero, sino que ahora tenemos la oportunidad de mejorar el einkorn para que sea más fácil de cultivar y cosechar, porque es más saludable y nutritivo que el trigo harinero». .»

Fuente: por la Universidad de Maryland . Original escrito por Kimbra Cutlip.

Referencia: Hanin Ibrahim Ahmed, Matthias Heuberger, Adam Schoen, Dal-Hoe Koo, Jesus Quiroz-Chavez, Laxman Adhikari, John Raupp, Stéphane Cauet, Nathalie Rodde, Charlotte Cravero, Caroline Callot, Gerard R. Lazo, Nagarajan Kathiresan, Parva K. Sharma, Ian Moot, Inderjit Singh Yadav, Lovepreet Singh, Gautam Saripalli, Nidhi Rawat, Raju Datla, Naveenkumar Athiyannan, Ricardo H. Ramirez-Gonzalez, Cristobal Uauy, Thomas Wicker, Vijay K. Tiwari, Michael Abrouk, Jesse Poland, Simon G. Krattinger. Einkorn genomics sheds light on history of the oldest domesticated wheat. Nature, 2023; DOI: 10.1038/s41586-023-06389-7

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