El nuevo genoma de referencia de este maíz podría ayudar a cultivar líneas genéticamente modificadas más fácilmente

El maíz es ampliamente cultivado por su gran variedad de usos, como son el consumo humano, el aprovechamiento para combustible y alimentar ganado. Desenmarañar la increíble diversidad de maíz ha fascinado a los genetistas durante décadas y ha permitido mejorar uno de los principales cultivos que alimentan al mundo. Ahora, un grupo de investigadores ha agregado un nuevo capítulo a la enciclopedia genética de este indispensable cereal. Su trabajo permitirá mejorar la capacidad de regeneración de plantas transformadas, lo que actualmente representa un cuello de botella en el avance de la biotecnología de cultivos.

Los científicos recurren a la transformación de plantas, la inserción de ADN de otros organismos en el genoma de una planta, para estudiar un gen en particular o para hacer cultivos más útiles para los seres humanos. Tomemos como ejemplo las enfermedades. Los científicos y los agricultores pueden estar interesados en tener maíz resistente al tizón foliar. Para ello, podrían introducir instrucciones genéticas que permitan a la planta resistir la enfermedad junto con genes de Agrobacterium tumefaciens, una bacteria que actúa como ingeniera al integrar las instrucciones genéticas al genoma del maíz. Esta planta resistente ahora está transformada. Pero, ¿cómo pueden los científicos garantizar que el cambio genético se transmita a las nuevas plantas de la manera más rápida y rentable?

Los biólogos utilizan el cultivo de tejidos para clonar a la planta que contiene los cambios genéticos mediante un proceso llamado regeneración. La regeneración es difícil de lograr en la mayoría de las líneas de maíz y casi imposible en casi todos los demás cultivos.

Ahí es donde entra una línea de maíz de bajo rendimiento conocida como A188. El mes pasado, un grupo de investigadores publicó en The Crop Journal un nuevo genoma de referencia para A188 que contiene en su genoma pistas que podrían ayudar a mejorar la regeneración de las plantas en otras variedades de maíz.

A188 es como el patito feo del maíz: Tiene rasgos agronómicos que lo vuelven poco útil porque la planta es más baja, florece antes y tiene un rendimiento menor en comparación con otras variedades. Entonces, si A188 no rinde en el campo como otras variedades más productivas, ¿por qué sería valioso anotar su genoma? Son exactamente estas diferencias dramáticas las que hacen que el estudio A188 sea valioso.

“[E]l genoma A188 puede agregar información sobre el tiempo de floración, lo que es importante para la productividad del maíz y la calidad de la semilla”, dice Jiahn-Chou Guan, investigador de maíz de la Universidad de Florida. “Además, el análisis comparativo de las secuencias del genoma puede darnos nueva información sobre el control de la arquitectura de la planta debido a su baja estatura”.

También es de sorprender que A188 sea mucho mejor en su capacidad de regeneración, o en su habilidad para crecer a partir de células madre. Los científicos encontraron que A188 tiene un 91% de posibilidad de regenerar plantas utilizando cultivo de tejidos en comparación con otras variedades de investigación populares: 1.67% en W22, 6.94% en Mo17 y 0% en B73. No se sabe por qué o cómo ciertos genotipos son más o menos eficientes para regenerar a partir del cultivo de tejidos, pero se cree que el análisis del genoma A188 será útil para mejorar la capacidad de regeneración en otras líneas de maíz.

Otro aspecto novedoso de esta investigación radica en la metodología. La mayoría de las técnicas de secuenciación de ADN producen lecturas o enunciados cortos y precisos, mientras que otros métodos producen lecturas largas, pero propensas a errores. Sin embargo, el grupo de investigadores del Instituto de Investigación del Maíz en la Universidad Agrícola de Sichuan de China y Berry Genomics Corp. en Beiking, China, utilizó la plataforma de secuenciación de una sola molécula de PacBio, lo que les permitió tener lo mejor de ambos mundos al producir lecturas largas y altamente precisas. Este nuevo método aumentó la resolución y la precisión en comparación con los genomas de maíz publicados anteriormente. Después de ensamblar el genoma, los investigadores compararon lado a lado los cromosomas de A188 con B73, Mo17 y W22, y encontraron que alrededor del 30% de los genes A188 tenía grandes variaciones estructurales o cambios en la estructura de sus genes. Estos cambios podrían ser posibles causas genéticas que permitan explicar las diferencias físicas de A188 y por qué es mucho mejor en su capacidad de regeneración que otras variedades de maíz.

Los investigadores se enfocaron en analizar 10 genes candidatos que podrían estar detrás de la alta capacidad de regeneración de A188. Estos genes candidatos son recursos genéticos valiosos para mejorar la transformación y regeneración genética del maíz.

Curiosamente, la mayoría de los maíces transgénicos tienen una parte de su ADN procedente de A188, ya que la línea de maíz más popular utilizada para la transformación y regeneración de otras líneas de maíz, conocida como Hi-II, desciende de un cruce con A188.

“Incluso después de múltiples retrocruces, los transgénicos y CRISPR portarán parte del genoma A188. ¡Será bueno saber qué hay allí!” dice Karen E. Koch, investigadora de maíz de la Universidad de Florida. “Además, podríamos tener una mejor comprensión del comportamiento del maíz blanco después de conocer más sobre A188. El genoma es potencialmente útil para entender su papel en la domesticación del maíz y su posterior mejoramiento genético, un proceso que involucró una constante selección de granos blancos en lugar de los amarillos por diferentes culturas y por diferentes razones”.

El Proyecto del Genoma Humano está agregando genomas de personas de todo el mundo para construir un pangenoma de referencia que sea más representativo de la diversidad genética humana para que sea utilizado en la investigación médica. De manera similar, el pangenoma del maíz será más representativo de la diversidad genética del maíz con la nueva adición del genoma de referencia A188 lo que ayudará a generar nuevos descubrimientos.

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN:

Fei Ge, Jingtao Qu, Peng Liu, Lang Pan, Chaoying Zou, Guangsheng Yuan, Cong Yang, Guangtang Pan, Jianwei Huang, Langlang Ma, Yaou Shen. Genome assembly of the maize inbred line A188 provides a new reference genome for functional genomics. The Crop Journal. 2021. https://doi.org/10.1016/j.cj.2021.08.002.

Nadia Mourad Silva es una estudiante de doctorado de la Universidad de Florida, donde estudia la genética y fisiología de maíz. Actualmente trabaja en entender el metabolismo del azúcar en el grano de maíz. Nadia busca continuar aprendiendo a lo largo de su vida y disfruta explicar conceptos complejos de manera que todos puedan entenderlos. Cuando no se encuentra en el campo o en el laboratorio, ayuda a administrar su vivero de plantas tropicales junto con su pareja.

Traducción al español de Lorena Villanueva Almanza