“Por fin descifrado el genoma de la caña de azúcar”, tituló El mundo el 14 de abril, dando la bienvenida a una publicación en la revista Naturaleza. Todo un logro, ya que este genoma es sin duda el más complejo que se puede encontrar en una planta cultivada. El del arroz, la primera planta cultivada cuyo genoma fue secuenciado hace más de 20 años, era “simple”: 12 cromosomas, cada uno en dos copias idénticas, para un total de 400 millones de pares de bases (Mb) (pares de bases nitrogenadas ubicadas en dos cadenas complementarias de ADN).
El caso de la caña de azúcar es más complejo: la planta, llamada poliploide, contiene más copias del mismo cromosoma que una planta clásica. Tiene diez veces más cromosomas que el arroz, cada uno más largo, para un genoma veinte veces mayor. Para descifrarlo, el equipo de investigadores del CIRAD tuvo la idea de utilizar como modelo el sorgo, un primo cercano de la misma familia de las gramíneas, que ha conservado una estructura genómica similar sin haber experimentado una multiplicación en el número de cromosomas como la caña de azúcar. .
En definitiva, ¿por qué explorar de esta manera el genoma de las plantas cultivadas y sus variedades? La diversidad registrada allí en realidad revela cómo evolucionaron, seleccionados por agricultores en diversos entornos y para diversos propósitos. Así, el arroz evoluciona a través de mutaciones y cruces espontáneos entre diferentes formas que aparecieron en los alrededores del Himalaya, seleccionadas cada año durante la domesticación que comenzó hace diez mil años. Esto da como resultado variedades lo suficientemente numerosas como para garantizar la producción en entornos extremadamente diversos.
Angélique D’hont, Proporcionado por el autor
La caña de azúcar, por su parte, procede de las islas del sudeste asiático: es el resultado de una mezcla más amplia, incorporando varias especies afines. De este modo puede combinar resistencia a las enfermedades y un vigor vegetativo incomparable, lo que la convierte en la planta productora de biomasa más eficiente. Tolera la diversidad genómica hasta el punto de que podemos producir todo tipo de híbridos, incluso intergenéricos, combinando diferentes géneros botánicos, como en la figura de al lado.
Comprender las vías de adaptación pasada permite anticipar y acelerar adaptaciones futuras de las plantas cultivadas.
40 años de investigación genómica de plantas
Por esta razón, el CIRAD fundó en 1986 el laboratorio de análisis del genoma de especies tropicales, que luego se convirtió en una importante plataforma técnica regional de genotipado. Los equipos elaboraron los primeros mapas genéticos y luego, gracias al sistema nacional de genómica, en particular el Génoscope, y a diversas colaboraciones internacionales, crearon un acontecimiento en la década de 2010 incluyendo varias plantas tropicales a la vanguardia de los modelos biológicos, como el árbol del cacao, el plátano. árboles y cítricos.
La lista ha ido creciendo en los últimos años con el cafeto Arábica, la vainilla y por supuesto la caña de azúcar. Hoy se están logrando avances en la palma de coco, el árbol del caucho, la palma aceitera, el ñame, el maní y el sorgo, e incluso el fonio, extendiendo así la onda genómica a las plantas autóctonas.
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Esta información permite, en el caso de plantas cuyas variedades se cruzan fácilmente, identificar secuencias asociadas con características agronómicas importantes, ya sea en el campo o para su procesamiento y consumo. El desafío es entonces poder favorecerlos en la mezcla que realizan los obtentores –esos creadores de nuevas variedades– antes de clasificar la descendencia en las condiciones de cultivo.
Para otras especies, la mezcla es más lenta y aleatoria. A veces está salpicado de combinaciones improbables, casi milagrosas. De este modo, los científicos pudieron poner de relieve las hibridaciones sorprendentes que los humanos atentos habían podido identificar: plátanos de postre, plátanos, naranjas, limones, clementinas, pomelos o incluso café arábica.
Cacao, difundido hace más de 5000 años
Claire Lanaud, Proporcionado por el autor
Tomemos como ejemplo el árbol del cacao: su diversidad genómica podría estudiarse utilizando genomas modernos y ADN antiguo encontrado en residuos cerámicos precolombinos.
De origen amazónico, fue difundido por el hombre muy tempranamente, probablemente hace más de 5.000 años, hacia la costa del Pacífico y Centroamérica, experimentando numerosas mezclas entre poblaciones de orígenes genéticos muy lejanos que le permitieron adaptarse a estos nuevos entornos.
Para los amantes del chocolate, esta elaboración también ha facilitado el desarrollo de nuevas cualidades aromáticas, como las que actualmente se encuentran en los granos producidos por las variedades Criollo y Nacional.
Plátanos y cítricos, frutas híbridas.
Guillermo Martín, Proporcionado por el autor
En cuanto a los plátanos, los resultados genómicos sugirieron que su domesticación se había iniciado en la región de Nueva Guinea a partir de hibridaciones entre los grupos de la especie bankii, schizocarpa y potencialmente zebrina. Musa acuminada.
Estos primeros cultivares fueron luego transportados a diferentes regiones del sudeste asiático y se hibridaron con otras subespecies locales del género. Musadando lugar a su diversificación y a los distintos tipos varietales que conocemos actualmente y que involucran hasta siete aportantes ancestrales.
Patrick Ollitrault, Proporcionado por el autor
En cuanto a los cítricos, la diversidad genómica revela que la mayoría de los cultivados en la era moderna provienen de cuatro especies fundadoras. Entonces, la lima (cítricos latifolia) resulta de una hibridación natural entre el limonero mediterráneo y el tilo mexicano e involucra a las cuatro especies ancestrales.
El modo de producción de células reproductivas (gametos) en estos contextos genómicos complejos está iluminado por la genómica y permite diseñar vías originales para la mejora de portainjertos resistentes a enfermedades.
La adaptación del cafeto
Finalmente, el cafeto Arábica también nació de una de estas improbables hibridaciones. Reunió los genomas de dos especies diferentes (Coffea canephora Y C. eugenioides), pero sólo ocurrió una vez.
Esta nueva combinación surgió hace unos 500.000 años en Etiopía y fue seleccionada por los árabes para la producción de café alrededor del siglo XIV.mi siglo. Ha aportado innumerables cualidades ligadas a la paleta de diversidad así reunida en cada planta, pero todas las plantas que de él se derivan son casi idénticas.
A partir de entonces, para mantener su adaptación, se convirtió en prioridad la búsqueda de otros eventos raros que hubieran ampliado esta diversidad mediante la introgresión de otras fuentes. La atención se centra ahora en formas localizadas en Etiopía y Yemen.
Recursos valiosos para la mejora genética
Todos estos acontecimientos improbables propios de cada cultura han sido muy beneficiosos pero son difíciles de reproducir. Sólo comprendiendo todos los detalles podremos explorar variaciones para crear y mantener la diversidad necesaria para la adaptación. Ciertas formas, a veces muy raras, se convierten en la única fuente de características determinantes en el futuro.
El Cirad, en colaboración con el INRAE y el IRD y con redes de investigación internacionales o estructuras privadas, conserva y mantiene colecciones de recursos genéticos, en forma de semillas, células almacenadas criogénicamente o incluso plantas enteras, en Montpellier, Córcega, Guadalupe, Guyana y Reunión.
Estas actividades son costosas, pero representan una inversión esencial para el futuro. Movilizando la diversidad disponible en estrechas relaciones con las diferentes partes interesadas (desde los agricultores hasta los centros de investigación) estamos preparando los cultivos y las variedades del mañana.
La diversidad genómica, información clave para acciones futuras, se ha convertido en un problema global. Si sabemos revelar lo que determinadas secuencias conllevan como potencial biológico, es posible gestionar su transmisión a la descendencia. Incluso es posible transcribirlos mediante edición genómica, para transmitir los atributos biológicos deseados a las variedades existentes sin recurrir a cruces.
Este camino de mejora genética, siempre que se establezcan conocimientos biotécnicos, parece ilimitado, en particular facilitando la elaboración de cerveza. Así, las cuestiones de las elecciones sociales y la propiedad intelectual irrumpieron en un campo de conocimiento actualmente en plena reflexión.
difundir el conocimiento
Esta exploración de la diversidad genómica responde en primer lugar a un desafío ambiental, el cambio climático, que requiere acelerar la adaptación de las plantas a contextos específicos –las diferentes zonas de cultivo–, contrastantes y muy evolutivos, en estrecha interacción con los productores.
Pero también conlleva un desafío social: es esencial garantizar el acceso a la información para que todos los humanos puedan apropiarse de ella, adaptar sus culturas y continuar alimentándose de manera sostenible. Por lo tanto, estamos trabajando para ampliar el acceso a datos y herramientas de análisis a través de plataformas de TI que alojan bases de datos genómicas dedicadas por planta. Y participamos en una mayor equidad de competencias proporcionando formación en herramientas de genómica funcional y comparada, y sus usos, a jóvenes científicos en Francia y a nuestros socios en los países del Sur.
Los autores agradecen a sus colegas, en particular a Angélique D’hont, Patrick Ollitrault y Benoît Bertrand, así como a Francis Quétier de Génoscope, por sus contribuciones pioneras y decisivas y su papel fundador.
El 5 de junio de 1984 nace el CIRAD, fundado por decreto. Desde hace 40 años, los científicos del CIRAD comparten y co-construyen conocimientos y soluciones innovadoras con los países del Sur para preservar la biodiversidad, la salud vegetal y animal, y así hacer que los sistemas agrícolas y alimentarios sean más sostenibles y resilientes frente al cambio global.
