Las siete especies de sandía tienen una increíble cantidad de diversidad. Crédito:Xingping Zhang/Syngenta
Un equipo internacional de investigadores analizó exhaustivamente los genomas de las siete especies de sandía, creando un recurso que podría ayudar a los fitomejoradores a aumentar la calidad y la capacidad de prosperar de la fruta doméstica durante una era de cambio climático.
Cuando muchas personas piensan en la sandía, probablemente piensen en Citrullus lanatus , la sandía cultivada con fruta roja dulce y jugosa disfrutada en todo el mundo como postre. De hecho, la sandía es una de las frutas más populares del mundo, solo superada por el tomate, que muchos consideran una verdura. Pero hay otras seis especies silvestres de sandía, todas las cuales tienen frutos pálidos, duros y amargos.
Ahora, los investigadores han analizado exhaustivamente los genomas de las siete especies, creando un recurso que podría ayudar a los fitomejoradores a encontrar genes de sandía silvestre que brinden resistencia a plagas, enfermedades, sequías y otras dificultades, y mejoren aún más la calidad de la fruta. La introducción de estos genes en la sandía cultivada podría producir sandías dulces de alta calidad que puedan crecer en climas más diversos, lo que será especialmente importante a medida que el cambio climático desafía cada vez más a los agricultores.
"A medida que los humanos domesticaron la sandía durante los últimos 4000 años, seleccionaron frutas que eran rojas, dulces y menos amargas", dijo Zhangjun Fei, miembro de la facultad del Instituto Boyce Thompson y codirector del esfuerzo internacional.
Como se describe en un artículo publicado en Nature Genetics el 1 de noviembre, los investigadores hicieron estas ideas mediante un proceso de dos pasos. En primer lugar, crearon una versión mejorada de un "genoma de referencia", que utilizan los científicos y fitomejoradores para encontrar nuevas e interesantes versiones de genes a partir de sus especímenes.
Los parientes silvestres de la sandía cultivada son genéticamente muy diversos, lo que los convierte en posibles fuentes de genes que confieren tolerancia a plagas, enfermedades y tensiones abióticas como la sequía y la alta salinidad. Crédito:Xingping Zhang/Syngenta
"Desafortunadamente, a medida que las personas hacían las sandías más dulces y rojas, la fruta perdió algunas habilidades para resistir enfermedades y otros tipos de estrés", dijo Fei, quien también es profesor adjunto en la Escuela de Ciencias Vegetales Integrativas de la Universidad de Cornell.
Fei codirigió la creación del primer genoma de referencia de sandía utilizando una variedad cultivada en Asia oriental llamada '97103', que se publicó en 2013.
“Ese primer genoma de referencia se hizo utilizando tecnologías de secuenciación de lectura corta más antiguas”, dijo Fei. "Usando las tecnologías actuales de secuenciación de lectura larga, pudimos crear un genoma de mucha mayor calidad que será una referencia mucho mejor para la comunidad de sandías".
Luego, el grupo secuenció los genomas de 414 sandías diferentes que representan las siete especies. Al comparar estos genomas con el nuevo genoma de referencia y entre sí, los investigadores pudieron determinar la relación evolutiva de las diferentes especies de sandía.
“Un descubrimiento importante de nuestro análisis es que una especie silvestre que se usa ampliamente en los programas actuales de reproducción, C. amarus , es una especie hermana y no un ancestro como se creía ampliamente”, dijo Fei.
De hecho, los investigadores encontraron que la sandía cultivada fue domesticada eliminando la amargura y aumentando la dulzura, el tamaño de la fruta y el color de la pulpa. Las variedades modernas se han mejorado aún más en los últimos cientos de años aumentando la dulzura, el sabor y la textura crujiente. Los investigadores también descubrieron regiones del genoma de la sandía que podrían extraerse para continuar mejorando la calidad de la fruta, por ejemplo, haciéndolas más grandes, más dulces y más crujientes.
En los últimos 20 a 30 años, los fitomejoradores han cruzado sandía cultivada con la especie hermana C. amarus y otros dos parientes silvestres, C. mucosospermo y C. coloquíntida , para hacer que la sandía de postre sea más resistente a las plagas de nematodos, la sequía y enfermedades como el marchitamiento por Fusarium y el oídio.
Este tipo de mejoras utilizando parientes silvestres es lo que emociona a Amnon Levi, genetista investigador y criador de sandías en el Departamento de Agricultura de EE. UU., Servicio de Investigación Agrícola, Laboratorio de Vegetales de EE. UU. en Charleston, Carolina del Sur. Levi es coautor del artículo y proporcionó el material genético para muchas de las sandías utilizadas en el estudio.
“La sandía dulce tiene una base genética muy estrecha”, dice Levi. “Pero existe una amplia diversidad genética entre las especies silvestres, lo que les da un gran potencial para contener genes que les proporcionen tolerancia a las plagas y al estrés ambiental”.
Levi planea trabajar con BTI para descubrir algunos de estos genes silvestres que podrían usarse para mejorar la sandía de postre, especialmente para la resistencia a enfermedades.
"La sandía es susceptible a muchas enfermedades y plagas tropicales, y se espera que sus rangos continúen expandiéndose junto con el cambio climático", dice Levi. “Queremos ver si podemos recuperar algunos de estos genes de resistencia a enfermedades silvestres que se perdieron durante la domesticación”.
Otros coautores incluyeron investigadores de la Academia de Ciencias Agrícolas y Forestales de Beijing y la Academia China de Ciencias Agrícolas.
El estudio fue financiado en parte por fondos de la Iniciativa de Investigación de Cultivos Especiales del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del USDA (2015-51181-24285) y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (IOS-1339287 e IOS-1539831).
En el mismo número de Nature Genetics , Fei y sus colegas también publicaron un artículo similar que analiza 1175 melones, incluidas las variedades melón y melón dulce. Los investigadores encontraron 208 regiones genómicas que estaban asociadas con la masa, la calidad y las características morfológicas de la fruta, lo que podría ser útil para la mejora del melón. Los dos documentos también fueron objeto de un editorial y un artículo de News &Views en la revista.
A principios de este año, Fei, Levi y sus colegas publicaron un genoma de referencia de la sandía 'Charleston Grey', la principal variedad estadounidense de C. lanatus para complementar el genoma '97103' de Asia oriental.
