Cómo la diversidad genómica de los principales cultivos cuenta la historia de su evolución
por Jean Christophe Glaszmann, Claire Billot y Claire Lanaud El 27 de marzo de 2024, un estudio publicado en la revista Nature anunció que por fin se había descifrado el genoma de… La entrada Cómo la diversidad genómica de los principales cultivos cuenta la historia de su evolución se publicó primero en Mundo Agropecuario BET.
por Jean Christophe Glaszmann, Claire Billot y Claire Lanaud
El 27 de marzo de 2024, un estudio publicado en la revista Nature anunció que por fin se había descifrado el genoma de la caña de azúcar. Se trata de un logro notable debido a la complejidad del genoma de la caña de azúcar. El del arroz, el primer genoma de un cultivo secuenciado hace más de 20 años, era «simple»: 12 cromosomas, dos copias idénticas de cada uno, para un total de 400 millones de pares de bases (Mb) (pares de bases nitrogenadas situados en dos cadenas complementarias de ADN).
La caña de azúcar es mucho más compleja: la planta, poliploide , contiene más copias de cada cromosoma que las plantas convencionales. Tiene que secuenciar 10 veces más cromosomas que el arroz, cada uno de ellos más largo, para un genoma 20 veces más grande. Para descifrar el código, el equipo de investigación del CIRAD ideó la idea de utilizar el sorgo como modelo, ya que es un primo cercano de la misma familia (Graminaceae o gramíneas) con mucha menos redundancia en su genoma.
Pero, ¿por qué estudiar el genoma de los cultivos y sus distintas variedades? La diversidad que contienen revela, de hecho, la forma en que han evolucionado a medida que los agricultores los han seleccionado en diferentes entornos y para diversos fines. Por ejemplo, el arroz ha evolucionado a través de mutaciones y cruces naturales entre distintas formas que aparecieron alrededor del Himalaya y que fueron seleccionadas cada año durante su domesticación, que comenzó hace ya 10.000 años. Esto ha dado como resultado un número suficiente de variedades para garantizar la producción en una amplia gama de entornos.
La caña de azúcar, por su parte, proviene de las islas del sudeste asiático: es el resultado de una mezcla genética más amplia, incorporando varias especies relacionadas . Esto le ha permitido combinar resistencia a diversas enfermedades y un vigor vegetativo incomparable, convirtiéndola en la planta más eficiente en la producción de biomasa. Es tan tolerante a la mezcla genética que se pueden producir todo tipo de híbridos, incluso intergenéricos , combinando diferentes especies botánicas.
Comprender cómo se han adaptado las plantas en el pasado sirve para planificar y acelerar las futuras adaptaciones de los cultivos.
Cuarenta años de investigación sobre el genoma vegetal
Esto es lo que impulsó al CIRAD a crear, en 1986, un laboratorio de análisis de genomas de especies tropicales. Más tarde, este laboratorio se convirtió en la Grand plateau technique régional de genotypage (plataforma regional de genotipificación). Sus equipos realizaron los primeros mapas genéticos y, después, gracias a la estructura nacional de genotipificación, en particular el Génoscope , y a diversas colaboraciones internacionales, fueron noticia en la década de 2010 al colocar varias plantas tropicales entre los principales modelos biológicos, como el cacao , el plátano y los cítricos .
La lista se ha ampliado en los últimos años, con el café arábigo , la vainilla y, por supuesto, la caña de azúcar . Actualmente se están logrando avances con el coco, el caucho, la palma aceitera, el ñame, el maní y el sorgo, junto con el fonio, ampliando el rango de genomas a las plantas autóctonas.
En el caso de las plantas cuyas variedades se cruzan fácilmente entre sí, esto permite identificar secuencias asociadas a caracteres agronómicos importantes, ya sea en el campo o en el procesamiento y el consumo. El siguiente paso es privilegiarlas en las mezclas que realizan los obtentores, creadores de nuevas variedades, antes de clasificar las progenies en condiciones de cultivo.
En el caso de otras especies, la mezcla es más lenta y aleatoria, y a veces se ve interrumpida por combinaciones improbables, casi milagrosas. Los científicos han podido descubrir hibridaciones sorprendentes que los humanos atentos habían logrado identificar: plátanos de mesa, plátanos macho, naranjas, limones, pomelos, calamondina y café arábico.
El cacao, difundido hace más de 5.000 años
Tomando el cacao como ejemplo, resultó posible estudiar su diversidad genómica basándose en genomas modernos y ADN antiguo encontrados en fragmentos de cerámica precolombina .
El cacao se originó en la Amazonia y fue difundido por los humanos muy temprano, probablemente hace más de 5000 años, hasta la costa del Pacífico y América Central. Se produjeron muchas mezclas entre poblaciones de orígenes genéticos muy distantes, lo que permitió que el cacao se adaptara a esos nuevos entornos.
Para los amantes del chocolate, esa mezcla también ha permitido el desarrollo de nuevas propiedades aromáticas, como las que actualmente se encuentran en los granos producidos por las variedades Criollo y Nacional .
Plátanos y cítricos, frutos de la hibridación
En cuanto al banano, los resultados genómicos sugieren que su domesticación comenzó en la región de Nueva Guinea, a partir de híbridos entre los grupos banksii, schizocarpa y posiblemente zebrina de la especie Musa acuminata.
Esos primeros cultivares fueron luego transportados a diferentes regiones del sudeste asiático y se hibridaron con otras subespecies locales del género Musa, dando como resultado su diversificación y los diferentes tipos de variedades que hoy conocemos, que involucran hasta siete contribuyentes ancestrales .
En cuanto a las especies de cítricos, su diversidad genómica muestra que la mayoría de las especies cultivadas en la actualidad son resultado de cuatro especies fundadoras. Por ejemplo, las limas (Citrus latifolia) son el resultado de la hibridación natural entre el limón mediterráneo y la lima, e involucran cuatro especies ancestrales.
La genómica ha arrojado luz sobre la forma en que se producen las células reproductivas (gametos) en estos contextos genómicos complejos y puede ayudar a allanar el camino para el desarrollo de portainjertos resistentes a las enfermedades .
Adaptando el café
Por último, el café arábica también es el resultado de uno de estos casos improbables de hibridación : se fusionaron los genomas de dos especies diferentes (Coffea canephora y C. eugenioides), pero esto solo ocurrió una vez.
Este nuevo cruce se produjo hace unos 500.000 años en Etiopía y los árabes lo eligieron para producir café a partir del siglo XIV aproximadamente. Aportó muchas propiedades como resultado de la diversidad dentro de cada planta, pero todas las plantas derivadas de él son casi idénticas.
A partir de entonces, la prioridad fue continuar con su adaptación, buscando otros fenómenos raros que pudieran ampliar esa diversidad mediante la introgresión desde otras fuentes. La atención se centra ahora en formas localizadas en Etiopía y Yemen.
Recursos valiosos para la mejora genética
Todos estos eventos improbables específicos de cada cultivo fueron muy beneficiosos, pero son difíciles de reproducir. No será posible explorar variantes para crear y mantener la diversidad necesaria para la adaptación hasta que comprendamos todos los detalles. Ciertas formas, algunas de ellas extremadamente raras, son las únicas fuentes de caracteres que podrían ser de importancia crucial en el futuro.
El CIRAD, en colaboración con el INRAE y el IRD y en asociación con redes internacionales de investigación y estructuras privadas, conserva y mantiene colecciones de recursos genéticos, en forma de semillas, células liofilizadas o plantas enteras, en Montpellier , Córcega , Guadalupe , Guayana Francesa y Reunión .
Estas actividades son costosas, pero representan una inversión esencial para el futuro. Al movilizar la diversidad disponible, en estrecha colaboración con otros actores, desde los agricultores hasta los centros de investigación, estamos preparando las variedades del mañana.
La diversidad genómica, factor clave para la acción futura, se ha convertido en un problema mundial. Si sabemos cómo revelar lo que ciertas secuencias tienen para ofrecer en términos de potencial biológico, podemos dirigir su transmisión a la descendencia. Incluso es posible reescribirlas mediante edición genómica, para transmitir atributos biológicos deseables a las variedades existentes sin tener que recurrir al cruzamiento.
Si se dispone de conocimientos biotécnicos, este método de mejora genética parece ilimitado , en particular porque facilita la mezcla. Por ello, están surgiendo cuestiones relacionadas con las opciones sociales y la propiedad intelectual en un campo del conocimiento que actualmente es objeto de un gran debate .
Difundiendo conocimiento
En primer lugar, esta exploración de la diversidad genómica responde a un desafío ambiental, el cambio climático, que exige acelerar las operaciones para adaptar las plantas a contextos específicos (distintas zonas de cultivo), contrastantes y cambiantes, en estrecha interacción con los productores.
Pero también responde a un problema de sociedad: es esencial garantizar el acceso a la información para que todos puedan asimilarla, adaptar sus cultivos y seguir alimentándose de manera sostenible. Por ello, trabajamos para ampliar el acceso a los datos y a las herramientas de análisis mediante plataformas bioinformáticas que albergan bases de datos genómicas específicas para cada planta. Y contribuimos a desarrollar competencias más justas impartiendo formación sobre herramientas de genómica funcional y comparativa y su uso a jóvenes científicos en Francia y en nuestros socios del Sur.
Este artículo se publica nuevamente en The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original .
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