Rastreando el impacto de un pariente perdido hace mucho tiempo en el trigo harinero moderno
El trabajo de detectives genéticos ha descubierto un ancestro oscuro del trigo harinero moderno, en un hallazgo similar al descubrimiento de un famoso pariente perdido hace mucho tiempo a través del análisis de ADN en humanos.
En un estudio que aparece en Nature Biotechnology Los investigadores secuenciaron el ADN de 242 accesiones únicas de Aegilops tauschii recolectados durante décadas en toda su área de distribución nativa, desde Turquía hasta Asia Central.
El análisis del genoma de la población dirigido por el Dr. Kumar Gaurav del Centro John Innes reveló la existencia de un linaje distinto de Aegilops tauschii restringida a la actual Georgia, en la región del Cáucaso, a unos 500 kilómetros del Creciente Fértil, donde se cultivó el trigo por primera vez, un área que se extiende a lo largo de lo que hoy es Irak, Siria, Líbano, Palestina, Israel, Jordania y Egipto.
Primer autor del estudio en Nature Biotechnology, El Dr. Kumar Gaurav dijo:“El descubrimiento de esta contribución previamente desconocida al genoma del trigo harinero es similar al descubrimiento de la introgresión del ADN neandertal en el genoma humano fuera de África.
Investigadores en un viaje de búsqueda de alimento de parientes del trigo silvestre en las montañas centrales de Zagros en el oeste de Irán. Crédito:Ali Mehrabi
“Lo más probable es que haya ocurrido a través de una hibridación fuera del Creciente Fértil. Este grupo de accesiones georgianas forman un linaje distinto que contribuyó al genoma del trigo al dejar una huella en el ADN”.
El descubrimiento se produce a través de una importante colaboración internacional para mejorar los cultivos mediante la exploración de la diversidad genética útil en Aegilops tauschii, un pariente silvestre del trigo harinero. El Open Wild Wheat Consortium reunió a 38 grupos de investigación e investigadores de 17 países.
La investigación adicional del grupo del Dr. Jesse Poland en la Universidad Estatal de Kansas se publicó en un artículo complementario en Communications Biology. y muestra que el ancestral Aegilops tauschii El ADN que se encuentra en el trigo harinero moderno incluye el gen que otorga una resistencia y elasticidad superiores a la masa.
El Dr. Poland dijo:"Nos sorprendió descubrir que este linaje ha proporcionado el gen más conocido para una calidad de masa superior".
Los investigadores especulan que el linaje recién descubierto puede haber estado más extendido geográficamente en el pasado y que puede haberse separado como población refugio durante la última edad de hielo.
Reflexionando sobre todo lo que se ha reunido para hacer posible este trabajo, el Dr. Brande Wulff, autor correspondiente del estudio, comentó:"Hace cincuenta o sesenta años, en un momento en que apenas entendíamos el ADN, mis antepasados científicos atravesaban las montañas Zagros en el Oriente Medio y Siria e Irak. Estaban recolectando semillas, tal vez teniendo la idea de que algún día podrían usarse para mejorar el trigo. Ahora estamos muy cerca de desbloquear ese potencial, y para mí eso es extraordinariamente emocionante”.
Descifrando el complejo genoma del trigo
El trigo "hexaploide" moderno es una combinación genética compleja de diferentes pastos con un código genético enorme, dividido en subgenomas A, B y D. El trigo hexaploide representa el 95 por ciento de todo el trigo cultivado. Hexaploide significa que el ADN contiene seis conjuntos de cromosomas, tres pares de cada uno.
A través de una combinación de hibridaciones naturales y cultivo humano, Aegilops tauschii proporcionó el genoma D al trigo moderno. El genoma D agregó las propiedades para hacer masa y permitió que el trigo harinero floreciera en diferentes climas y suelos.
El origen del trigo harinero hexaploide moderno ha sido durante mucho tiempo objeto de un intenso escrutinio con evidencia arqueológica y genética que sugiere que el primer trigo se cultivó hace 10 000 años en el Creciente Fértil.
La domesticación, mientras aumentaba el rendimiento y el rendimiento agronómico, se produjo a costa de un cuello de botella genético pronunciado que erosionaba la diversidad genética de los rasgos protectores que se encuentran en Aegilops tauschii como la resistencia a enfermedades y la tolerancia al calor.
El análisis realizado por el Dr. Gaurav y el equipo de investigación reveló que solo el 25 % de la diversidad genética presente en Aegilops tauschii lo convirtió en trigo hexaploide. Para explorar esta diversidad en el acervo genético silvestre, utilizaron una técnica llamada mapeo de asociación para descubrir nuevos genes candidatos para la resistencia a enfermedades y plagas, el rendimiento y la resiliencia ambiental.
El Dr. Sanu Arora, que anteriormente dirigió un estudio para clonar genes de resistencia a enfermedades de Aegilops tauschii dijo:"Anteriormente, estábamos restringidos a explorar un subconjunto muy pequeño del genoma para determinar la resistencia a las enfermedades, pero en el estudio actual, hemos generado datos y técnicas para emprender una exploración imparcial de la diversidad de especies".
Otros experimentos demostraron la transferencia de genes candidatos para un subconjunto de estas características al trigo mediante la transformación genética y el cruzamiento convencional, facilitado por una biblioteca de trigos sintéticos, material especialmente mejorado que incorpora Aegilops tauschii. genomas.
Esta biblioteca disponible públicamente de trigos sintéticos captura el 70 por ciento de la diversidad presente en los tres Aegilops tauschii conocidos. linajes, lo que permite a los investigadores evaluar los rasgos rápidamente en un contexto de trigos hexaploides.
"Nuestro estudio proporciona un canal de extremo a extremo para la exploración rápida y sistemática de Aegilops tauschii acervo genético para mejorar el trigo harinero moderno”, dice el Dr. Wulff.
"La diversidad del gen de la glutenina de alto peso molecular en Aegilops tauschii demuestra un origen único de calidad superior del trigo", aparece en Communications Biology .
Referencia:“Análisis genómico de poblaciones de Aegilops tauschii identifica objetivos para la mejora del trigo harinero” por Kumar Gaurav, Sanu Arora, Paula Silva, Javier Sánchez-Martín, Richard Horsnell, Liangliang Gao, Gurcharn S. Brar, Victoria Widrig, W. John Raupp, Narinder Singh, Shuangye Wu, Sandip M. Kale, Catherine Chinoy, Paul Nicholson, Jesús Quiroz-Chávez, James Simmonds, Sadiye Hayta, Mark A. Smedley, Wendy Harwood, Suzannah Pearce, David Gilbert, Ngonidzashe Kangara, Catherine Gardener, Macarena Forner-Martínez, Jiaqian Liu, Guotai Yu, Scott A. Boden, Attilio Pascucci, Sreya Ghosh, Amber N. Hafeez, Tom O'Hara, Joshua Waites, Jitender Cheema, Burkhard Steuernagel, Mehran Patpour, Annemarie Fejer Justesen, Shuyu Liu, Jackie C. Rudd, Raz Avni, Amir Sharon , Barbara Steiner, Rizky Pasthika Kirana, Hermann Buerstmayr, Ali A. Mehrabi, Firuza Y. Nasyrova, Noam Chayut, Oadi Matny, Brian J. Steffenson, Nitika Sandhu, Parveen Chhuneja, Evans Lagudah, Ahmed F. Elkot, Simon Tyrrell, Xingdong Bian, Robert P. Davey, Martin Simonsen, Leif Schauser, Vijay K. Ti wari, H. Randy Kutcher, Pierre Hucl, Aili Li, Deng-Cai Liu, Long Mao, Steven Xu, Gina Brown-Guedira, Justin Faris, Jan Dvorak, Ming-Cheng Luo, Ksenia Krasileva, Thomas Lux, Susanne Artmeier, Klaus F. X. Mayer, Cristobal Uauy, Martin Mascher, Alison R. Bentley, Beat Keller, Jesse Poland y Brande B. H. Wulff, 1 de noviembre de 2021, Nature Biotechnology .
DOI:10.1038/s41587-021-01058-4
