Pais: Brasil

Fecha: 31 de Enero del 2022

La secuenciación del genoma del castaño debería acelerar la mejora de las especies por Embrapa, Brasil

    Por primera vez, el árbol de la castaña tendrá un genoma de referencia, fundamental para la preservación de la especie y el desarrollo de investigaciones.

    Un estudio sin precedentes ya ha identificado genes que determinan la incompatibilidad genética, que ayudan a saber qué individuos no pueden reproducirse entre sí.

    Se identificaron genes relacionados con el metabolismo del selenio y otros asociados a la resistencia a plagas y enfermedades.

    El genoma de cada planta también identifica la región a la que se ha adaptado, lo que permite apoyar estrategias de conservación, basadas en la historia evolutiva de la especie, su distribución geográfica actual y futura.

    El trabajo involucró a 30 poblaciones repartidas por toda la Amazonía brasileña y encontró que la diversidad genética de la especie varía según la región.

Científicos de Embrapa y de la Universidad Federal de São Carlos ( UFSCar ) están realizando la secuenciación genética del árbol de castaña ( Bertholletia excelsa ), árbol icónico de la selva amazónica no sólo por su tamaño y exuberancia, sino también por su importancia social y económica y como especie clave para la conservación de los bosques. El estudio sin precedentes ya ha producido importante información genómica y una de sus mayores contribuciones será acelerar la mejora genética de la especie.

Al ser un árbol longevo, con mejoramiento genético clásico, se necesitarían entre 50 y 200 años para una evaluación de los ciclos completos y la selección de las mejores plantas para obtener las características deseadas. Esto se debe a que el investigador tiene que estudiar el comportamiento de diferentes plantas en diferentes ambientes y situaciones a lo largo de su ciclo de vida para obtener las respuestas deseadas.

Sin embargo, a través de secuencias genómicas y bioinformática, utilizando un banco de genes disponible para otras plantas, será posible encontrar genes que indiquen rasgos importantes, como la tolerancia a la sequía, la resistencia a patógenos o la compatibilidad reproductiva, por ejemplo. De esta forma, las plantas con mejor perfil son seleccionadas rápidamente, a través de un análisis genético.

Otro factor importante es que la castaña es una especie que presenta incompatibilidad genética, o sea, hay individuos en la especie que no pueden reproducirse entre ellos y producir frutos. Esto hace que la identificación de plantas que son o no compatibles sea crítica. Y el trabajo de secuenciación ya contribuye a este desafío, el genoma de referencia del árbol de castaña reveló la presencia de genes de incompatibilidad reproductiva, brindando oportunidades para el uso de herramientas genómicas en la mejora, plantación y conservación de la especie. El reconocimiento de determinantes de compatibilidad genética entre individuos puede facilitar la selección de matrices para ser utilizadas en programas de mejoramiento y contribuir a un aumento en la productividad de la nuez de Brasil.

A través del ADN de una plántula de castaño, se podrá identificar el grupo genético al que pertenece la plántula, orientando así la elección de individuos a utilizar en plantaciones comerciales.

“Además, se pueden identificar otros genes de interés, favoreciendo la selección de las mejores plantas aún en etapa de vivero y ganando muchos años de investigación en el programa de mejoramiento, ofreciendo resultados seguros y mucho más rápidos”, ejemplifica la investigadora de Embrapa Rondônia , Lucía Wadt .

Otro punto interesante es que la selección natural para la adaptación de los árboles de castaña en cada ambiente deja marcas en el genoma de la planta, así como el estudio de estas marcas es importante tanto para la conservación de las especies en los bosques como para la selección de árboles en programas de mejoramiento genético para mejorar la producción de frutas. Esta investigación es realizada por Embrapa en sociedad con la UFSCar, a través del proyecto EcogenCast. El trabajo comenzó en 2016 y está en curso.

Importancia social y económica del castaño

El castaño es fuente de ingresos para más de 170 mil personas en el bioma amazónico. En los últimos cinco años, movió en promedio R$ 116 millones por año, sólo en Brasil. Prácticamente toda la producción de la nuez amazónica que generó estas monedas proviene de bosques nativos y, a pesar de que los valores actuales no son competitivos como muchos otros commodities, su valor social y para las comunidades tradicionales es innegable. Las investigaciones que permitan la selección de plantas más productivas y más adaptadas a las condiciones climáticas actuales son fundamentales para la viabilidad de la producción de castaña y para la conservación de los bosques en la Amazonía.

Además de identificar genes de interés agronómico, los científicos también quieren comprender la influencia del medio ambiente en la estructuración de la variabilidad genética en los castañares nativos de Brasil. Se espera que esto apoye las estrategias de conservación, basadas en la historia evolutiva de la especie, su distribución geográfica actual y futura. “El estudio también busca identificar regiones donde las poblaciones de castañas pueden ser más vulnerables al cambio climático y, por extensión, reflejar la vulnerabilidad de varias otras especies que ocurren en asociación con la castaña”, agrega la investigadora de la UFSCar, Karina Martins. .

La diversidad genética varía según la región.

Según los investigadores, en un análisis inicial realizado con 30 poblaciones distribuidas por toda la Amazonía brasileña, fue posible observar que los castañares nativos explotados presentan diversidad genética, pero con diferencias entre regiones. Esto significa que la conservación de la diversidad de especies depende del mantenimiento de los castañares en las distintas regiones donde se da. “Los resultados de este tipo de investigación pueden ser útiles para definir áreas prioritarias para la conservación genética de la especie, así como recomendar poblaciones clave para recolectar material genético para ser utilizado en el programa de mejoramiento de árboles de castaña”, comenta Wadt.

Además de estos aspectos de conservación y mejora, el estudio contribuirá a modelar los impactos del cambio climático global sobre los bosques, ayudando a definir acciones para combatir el cambio climático y sus impactos, contribuyendo a 13 de los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). ), que forman parte de la agenda global adoptada por las Naciones Unidas para el Desarrollo Sostenible.

Genes relacionados con el selenio y la resistencia a plagas

Para apoyar diferentes proyectos genómicos de la especie, el genoma de referencia del árbol de castaña fue ensamblado, a través de una asociación entre Embrapa, UFSCar y la Universidad de Brasilia (UnB), con financiamiento de la Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. (Fapes).

La investigadora Karina Martins explica que el ADN de un árbol de nuez de Brasil nativo, ubicado en Porto Velho, Rondônia, fue secuenciado y, con el uso de herramientas computacionales, fue posible ensamblar casi por completo y con muy alta calidad todo el genoma de la especie. . Los ARN obtenidos de diferentes tejidos de castaño se secuenciaron y utilizaron para identificar los genes en el genoma ensamblado y buscar sus funciones. “La disponibilidad pública del genoma de referencia del castaño de Brasil será un recurso fundamental para avanzar en el conocimiento de la especie, contribuyendo a la conservación de las poblaciones y su mejora genética”, refuerza la investigadora, y añade que, por ejemplo, una gran cantidad de genes que confieren resistencia a plagas y enfermedades y genes asociados al metabolismo del selenio.

Curiosamente, al comparar las secuencias genómicas obtenidas para la nuez de Brasil con las bases de datos genómicas, se identificó una fuerte asociación con una bacteria patógena para el maíz dulce y otros cultivos, que causa la marchitez de Stewart. El trabajo, que será publicado próximamente, sugiere que la asociación con la bacteria puede ser beneficiosa para el árbol de la castaña, ya que, además de la ausencia de genes de virulencia, se identificaron múltiples genes en el microorganismo potencialmente asociados con caracteres de crecimiento en las plantas. .

Con estos estudios se pueden responder muchas preguntas relacionadas con la conservación de la especie, el uso sostenible y el cultivo de árboles de castaña con vistas a la producción de castaña y la lucha contra el cambio climático. Para la investigadora Lúcia Wadt, con el genoma secuenciado será posible definir marcadores genéticos que podrán ser comparados con bases de datos de genes que ya designan características como resistencia a enfermedades y tolerancia a la sequía, por ejemplo. De esta forma, será posible identificar marcas que acorten el camino para la selección de plantas superiores, facilitando así la recomendación de material genético para plantaciones comerciales.

El metabolismo del castaño asociado al selenio es otro elemento de interés para la investigación. Los estudios ya han demostrado que los árboles que están en el mismo ambiente tienen diferentes niveles de selenio, lo que significa que tienen diferentes metabolismos de absorción y disponibilidad de este elemento para las semillas. “Con base en marcadores genéticos, puede ser posible seleccionar plantas con características deseables en términos de selenio, por ejemplo. Además, quizás no hayamos descubierto cómo funciona el mecanismo genético que permite a la planta capturar selenio del medio ambiente y concentrarlo en la semilla. Con este conocimiento y técnicas avanzadas de genómica, será posible enriquecer otros alimentos como maní, frijol y otros frutos secos, mejorando el valor nutricional de los alimentos. Esto es solo un ejemplo de lo que se puede hacer. La investigación sobre la genómica de la nuez de Brasil abre un mundo de posibilidades”, concluye Lúcia Wadt. Predice que, en dos años, se obtendrán respuestas aún más completas a partir de este trabajo genómico.

Traducido del portugués.

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