Presentada la secuencia más completa del genoma del trigo
Un equipo internacional de científicos ha logrado secuenciar con un detalle sin precedentes el genoma del trigo harinero, un alimento ampliamente cultivado en todo el mundo y esencial para la humanidad. El avance, en el que han participado investigadores españoles, servirá para producir trigos más resistentes y con mayor rendimiento.
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| El trigo se cultiva desde hace milenios y actualmente sigue siendo uno de los cereales más importantes para el consumo humano. / Isabelle Caugant |
Más de 200 científicos de 73 institutos de investigación en 20 países, pertenecientes al Consorcio Internacional para la Secuenciación del Genoma del Trigo (International Wheat Genome Sequencing Consortium, IWGSC), han logrado secuenciar el genoma del trigo harinero, uno de los cultivos esenciales en la historia de la agricultura y ampliamente difundido en la actualidad.
Conocer el genoma del trigo facilitará la producción de variedades más adaptadas a los retos climáticos, con mayor rendimiento y de mejor calidad nutricional
El trabajo, que sigue a otros estudios preliminares menos precisos, se publica ahora en la revista Science y servirá para facilitar la producción de variedades de trigo más adaptadas a los retos climáticos, con mayores rendimientos, mejor calidad nutricional y más sostenibles.
El primer artículo presenta el genoma de referencia de la variedad de trigo harinero Chinese Spring. La secuencia ordenada de ADN para los 21 cromosomas del trigo constituye la secuencia genómica de mayor calidad producida hasta la fecha para el trigo y es el resultado de 13 años de investigación colaborativa internacional.
La investigadora Pilar Hernández, del Instituto de Agricultura Sostenible de Córdoba del CSIC –uno de los centros que ha participado en el estudio– explica los detalles: “En este trabajo se ha analizado la distribución y el contexto genómico de elementos codificantes y no codificantes a lo largo de los 21 cromosomas del trigo, correspondientes a sus tres subgenomas (A, B, y D)”.
“Se ha conseguido una cobertura del 94% del genoma, con 107.891 genes –continúa la experta–, lo cual ha permitido establecer un atlas de expresión génica del trigo y descubrir redes de genes que se expresan de manera coordinada en los diferentes tejidos y estadíos de desarrollo de este cereal”.
Como cultivo clave para la seguridad alimentaria, el trigo es el alimento básico de más de un tercio de la población mundial y supone casi el 20% del total de calorías y proteínas consumidas por el ser humano a nivel mundial, más que cualquier otra fuente de alimento. Igualmente, constituye una fuente importante de vitaminas y minerales.
Para poder satisfacer la demanda futura de alimentos para una población mundial estimada en 9.600 millones de habitantes en 2050, resulta necesario incrementar la producción de trigo en un 1,6% anual.
Para preservar la biodiversidad, los recursos hídricos y el suelo, la mayor parte de este incremento debe conseguirse a través de la mejora de las variedades y el manejo del cultivo en los terrenos ya dedicados a este fin, en lugar de dedicar nuevas tierras para ello.
“Con la secuencia del genoma de referencia que se acaba de completar, los mejoradores del trigo tienen a su disposición nuevas herramientas para afrontar estos retos. Podrán identificar más rápidamente genes y elementos reguladores subyacentes a caracteres agronómicos complejos como la productividad, calidad del grano, resistencia a enfermedades y tolerancia a condiciones ambientales desfavorables, para producir variedades de trigo más sostenibles”, detalla Hernández.
“Con la secuencia del genoma de referencia que se acaba de completar, los mejoradores del trigo tienen a su disposición nuevas herramientas para afrontar estos retos. Podrán identificar más rápidamente genes y elementos reguladores subyacentes a caracteres agronómicos complejos como la productividad, calidad del grano, resistencia a enfermedades y tolerancia a condiciones ambientales desfavorables, para producir variedades de trigo más sostenibles”, detalla Hernández.
“Se han podido describir en detalle familias de genes muy complejas en trigo, ya que se han duplicado y expandido en esta especie, responsables de la adaptación al ambiente y de la calidad del trigo. Con este recurso comunitario se establecen las bases para acelerar la investigación en trigo y sus aplicaciones, a través del avance en el conocimiento de la biología del trigo y de la mejora facilitada por la genómica”, añade la investigadora.
La secuenciación del trigo harinero se consideraba una tarea imposible debido a su enorme tamaño –cinco veces mayor que el genoma humano– y complejidad
Los autores esperan que el hecho de disponer de un genoma de referencia de gran calidad aporte un fuerte impulso a la mejora del trigo en las próximas décadas, con beneficios parecidos a los obtenidos en maíz y arroz cuando se publicaron sus secuencias de referencia.
Durante mucho tiempo la secuenciación del trigo harinero se consideró como una tarea imposible debido a su enorme tamaño –cinco veces mayor que el genoma humano– y complejidad, ya que el trigo harinero posee tres subgenomas y más del 85% del genoma está formado por elementos repetidos.
Además de la secuencia de los 21 cromosomas, el artículo presenta la ubicación exacta de 107.891 genes y más de 4 millones de marcadores moleculares, así como información sobre secuencias entre genes y marcadores que contienen elementos reguladores que influyen en la expresión de los genes.
Una base de datos disponible
Todos los recursos de la secuencia de referencia del consorcio IWGSC están disponibles en su repositorio de datos en Unité de Recherche Génomique-Institut National de la Recherche Agronomique, en Versalles (Francia), así como en otras bases de datos científicas internacionales como GrainGenes y EnsemblPlants.
En un segundo artículo de Science se usa el nuevo genoma de referencia para realizar un análisis genómico de la expresión de homólogos o copias de genes que son similares pero que se originan en diferentes genomas ancestrales. Identificar estos en el trigo harinero ayudará a los científicos a comprender mejor la biología fundamental de este cereal.
Junto a estos dos trabajos, se ha publicado otro en Science Advances, donde también aprovechando la nueva secuencia de referencia aportada por el IWGSC, los autores analizaron las proteínas que contribuyen a diversas enfermedades y alergias relacionadas con el trigo, como la celiaquía, el asma del panadero y la anafilaxia inducida por el ejercicio dependiente del trigo (WDEIA, por sus siglas en inglés).
International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC): “Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome”. R. H. Ramírez-González et al.: “The transcriptional landscape of polyploid wheat”. Science, agosto de 2018.
A. Juhasz et al. "Genome mapping of seed borne allergens and immune-responsive proteins in wheat”. Science Advances, agosto de 2018.
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