ADN del maíz: analizan cómo elaborar semillas multirresistentes

Especialistas analizan las zonas del genoma

Rindes estables, resistentes a enfermedades y tolerantes a temperaturas más altas son las condiciones que deberá combinar el cereal del futuro. Especialistas analizan las zonas del genoma y los mecanismos que se activan ante patógenos o de golpes de calor.

Originario de Centroamérica y domesticado por el hombre en los últimos 10.000 años, el maíz (Zea mays) es uno de los tres cereales más cultivados del mundo que, gracias a su capacidad para adaptarse, consiguió afianzarse en los sistemas productivos.

Usado tanto para la alimentación humana, animal como para el desarrollo de biocombustibles, entre otros múltiples utilizaciones industriales, la extensión mundial de este cultivo se encuentra ligada a la mejora genética y desarrollo de variedades adaptadas a las necesidades de cada lugar: actualmente el cereal puede hallarse a partir de las latitudes más cálidas hasta las más templadas y a partir del nivel del mar hasta más de 3.500 metros de altura.

Secuenciado en el año 2009 por un grupo internacional de científicos, ahora se sabe que el ADN del maíz se encuentra constituido por 32.000 genes incorporados en 10 cromosomas. Este hallazgo confirmó lo complejo que es el genoma del cereal ya que el 85% de sus secuencias genómicas se repiten múltiples veces.

Dicho de otra forma, los transposones –elemento genético que puede moverse a distintas partes del genoma– saltan llevándose consigo parte del ADN que los rodea, lo que produce mutaciones, aumenta la variabilidad genética y dificulta la secuenciación del ADN. Por esto, su análisis fue un gran desafío.

Gerardo Cervigni es especialista en Genómica y trabaja en el Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos del Conicet, situado en la ciudad de Rosario, provincia de Santa Fe. Allí, evalúa la estructura, función y progreso de los genes que comprenden el ADN del maíz. Con el genoma descifrado, Cervigni puede mapear los genes, conocer cómo funciona y predecir las interacciones que prevalecen.

“La localización exacta de los genes es importante para conocer su función”, afirmó Cervigni e indicó: “Con el mapa del maíz, completo y ordenado, y a través de la utilización de marcadores moleculares, podemos identificar y asociar los genes de resistencia de una enfermedad, plaga o alguna particularidad de interés”.

Saber exactamente dónde se encuentran los genes hará más fácil la labor de los fitomejoradores para desarrollar variedades que generen más granos, de superior tamaño o que resulten más tolerantes al calor extremo o a la sequía.

El mejoramiento asistido a través de marcadores moleculares trabaja directamente con la información del ADN. Esto quiere decir que el especialista identifica cuáles son los genes que aportarán las particularidades deseadas. “Esta elección se puede aplicar en el estadio de plántulas, por lo que se reduce el tiempo para lograr mejores genotipos y se disminuyen los tiempos y costos de la investigación considerablemente”, manifestó Cervigni.

Elegir las mejores particularidades y disminuir las probabilidades de que los cultivos sean dañados por factores externos son básicamente las finalidades de la genética clásica aplicada a los vegetales. “Conocer dónde se encuentran los genes que contienen las particularidades de interés agrícola y cómo funcionan es muy fundamental para el futuro desarrollo de variedades”, indicó Marcelo Ferrer, experto en Recursos Genéticos del INTA.

Según Ferrer, el maíz que se cultiva en la actualidad es el resultado de un procedimiento de domesticación, llevado a cabo por pueblos indígenas de América, que consistió en elegir las mejores semillas y descartar el resto.

“En la Argentina, hay más de 40 tipos de variedades o razas locales de maíz distintos que son cultivadas por los agricultores a partir de tiempos ancestrales y que actualmente perduran en algunas zonas del norte del país, como en la Quebrada de Humahuaca”, señaló Ferrer quien añadió: “La adaptación a esas condiciones climáticas fue factible por la gran riqueza genética que presentan cultivos como maíz, papa y poroto”.

Con el progreso de la tecnología y la integración de técnicas para el mejoramiento vegetal fue posible lograr cultivos adaptados a las condiciones de clima y suelo de un lugar.

No obstante, para enriquecer el conocimiento y las factibles mejoras agrícolas que se puedan añadir, Ferrer resaltó la importancia de trabajar con materiales locales como insumos básicos de germoplasma tanto para el mejoramiento como para varias investigaciones genéticas básicas para el cultivo.

“Los materiales argentinos cultivados hace más de 50 años, contenían una gran variabilidad genética”, manifestó Ferrer y añadió: “En la actualidad, lo más común –tanto en la región núcleo como en el resto del país donde se produce maíz en gran escala– es hallar lotes sembrados solo con ‘híbridos comerciales’ que son muy productivos, pero son muy uniformes y, en general, presentan vulnerabilidad ya que resisten o toleran el ataque de alguna plaga o enfermedad. Esto se debe a que perdieron la variabilidad que caracterizaba a su genoma”.

A partir del año 1950, el Banco de Germoplasma del INTA Pergamino conserva semillas de más de 2.500 entradas de maíz provenientes de todo el país. “A su vez de conservar los recursos genéticos de un país, el banco de germoplasma, a través de los labores de caracterización y evaluación, nos otorga identificar materiales que resistan a factores bióticos y abióticos, que se adapten a suelos salinos, a superiores temperaturas o a la falta de agua”, ejemplificó Ferrer.

Maíz súper resistente

Con una población que sigue en aumento, se vuelve imperiosa la necesidad de tener cultivos cada vez más eficaz, rendidores, estables y resistentes tanto a plagas, enfermedades, como al estrés hídrico –por exceso o déficit– y a los efectos térmicos.

De acuerdo a datos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por sus siglas en inglés), en el año 2017, la producción mundial de maíz logró los 1031,86 millones de toneladas. No obstante, año tras año, esos valores son modificados por varias enfermedades que perjudican su productividad y la calidad de los granos.

De acuerdo con esto, un grupo de especialistas del INTA Pergamino –Buenos Aires– busca identificar en el genoma del maíz cuáles son los mecanismos que se ponen en marcha ante el ataque de varios patógenos.

Juliana Iglesias, especialista en genética vegetal del INTA y responsable del análisis, usa herramientas de asociación genómica para hallar regiones génicas del maíz que se activen y le otorguen a la planta resistir a múltiples enfermedades.

Iglesias junto con María Belén Kistner –becaria INTA-Conicet– poseen como finalidad detectar plantas que tengan los mayores atributos génicos para resistir a las enfermedades más comunes y de interés económico.

“Nos focalizamos en la búsqueda e identificación de ejemplares que tengan resistencia genética a diversas enfermedades para, en un futuro, elaborar variedades que tengan mejor comportamiento al ataque de múltiples patógenos”, indicó Iglesias y añadió: “Apostamos a que sea una herramienta para disminuir la utilización de los productos fitosanitarios y contribuir a su manejo sustentable”.

Según Iglesias, la búsqueda de resistencia a múltiples enfermedades (MDR, por su sigla en inglés) se basa en poder encontrar hotspots de resistencia (según el término académico). “Conocidos como las regiones genómicas donde se acumulan genes para resistencia a varias enfermedades, el hallazgo de los hotspots, además de posibilitar la localización del gen o grupo de genes que se encienden para resistir a las enfermedades, nos ayudará en el estudio de los mecanismos que se ponen en marcha frente al ataque de diversos patógenos”, explicó.

“Los grupos de genes nos hablan de patrones, de una relación entre los hábitos patogénicos y la respuesta de defensa o susceptibilidad que puede dar la planta”, analizó Iglesias, quien realizó un doctorado en Biología Celular y Molecular, en la Universidad de Estrasburgo, Francia.

Estudios efectuados en la ciudad de Pergamino, provincia de Buenos Aires, y en la ciudad de Leales, provincia de Tucumán, permitieron identificar cuáles son los genotipos con mejor comportamiento a patógenos y enfermedades. Resultados preliminares mostraron que es posible agruparlos según su comportamiento frente a patógenos que poseen el mismo modo de ataque.

Los patógenos pueden ser biótrofos, hemiótrofos y necrótrofos, cada uno tiene mecanismos distintos para nutrirse, infectar y producir síntomas. A su vez, las plantas poseen diferentes estrategias de defensa que se ponen en funcionamiento según el tipo de ataque que recibe.

“Enfermedades tales como royas, podredumbre de espiga y tizones generan determinadas respuestas de defensa que se deben al reconocimiento del patógeno que provoque el ataque”, expresó la bióloga del INTA y agregó: “Con estos resultados, podremos combinar esos genes, que se activan frente a mecanismos de ataque similares y replicar su estructura para la obtención de variedades con caracteres mejorados”.

“Estudiamos la respuesta sanitaria de aproximadamente 100 líneas endocriadas, que son parte del Programa de Mejoramiento de Maíz del INTA”, indicó Iglesias.

La evaluación de enfermedades foliares en Pergamino (roya, tizón, bacteriosis, carbón o carbones de la espiga) y en Leales (mancha gris y tizones), más la información obtenida sobre podredumbres de espiga y granos (Fusarium y Aspergillus), permitió que el equipo de investigadores identifique genotipos con resistencia a más de una enfermedad.

Para Cervigni, este es un hallazgo importante en el conocimiento general del cultivo. “Podremos establecer un protocolo eficiente de caracterización fenotípica y selección rápida de genotipos, cuyos genomas combinen los genes deseables necesarios para obtener mejores resultados en la producción de maíz”, manifestó.

Etiquetas: INTA, Maiz, Rendimiento, Enfermedades, ADN, Temperatura, Genoma, Semillas Multirresistentes, Zea mays, Gerardo Cervigni

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