A veces, la historia evolutiva de una especie se puede encontrar en un registro fósil. Otras veces, las rocas y las marcas deben ser cambiadas por el ADN y las huellas dactilares genéticas.
Este último es el caso de la zanahoria, un cultivo popular cuyo código genético completo fue descifrado por un equipo de investigadores dirigido por Phil Simon, genetista y profesor de horticultura en la Universidad de Wisconsin-Madison. Simon es también investigador en el Servicio de Investigación Agrícola (ARS) del Departamento de Agricultura de E.E.U.U. (USDA), que ayudó a financiar el trabajo. El estudio se publicó en la revista Nature Genetics.
Cuenta una historia de cómo la zanahoria ha sido tocada por la domesticación y las prácticas de fitomejoramiento e influenciada por el cambio ambiental y geológico; y llena un árbol genealógico de familiares que de otra manera parecerían distintos. También revela cómo las zanahorias han llegado a ser tan buenas en acumular carotenoides, los pigmentos que les dan sus colores característicos y les proveen su riqueza nutricional.
«La zanahoria tiene una buena reputación como un cultivo y sabemos que es una fuente importante de nutrición, vitamina A, en particular,» dice Simon. «Ahora, tenemos la oportunidad de profundizar y es una buena adición a la caja de herramientas para la mejora del cultivo.»
El conocimiento adquirido en el estudio también podría conducir a la mejora de cultivos similares, desde la chirivía a la yuca de pulpa amarilla, un alimento básico en gran parte de África.
«Este fue un proyecto público-privado importante y la información genómica ya ha sido puesta a disposición para ayudar a mejorar los rasgos de la zanahoria, como aumentar el nivel de beta-caroteno, la tolerancia a la sequía y resistencia a la enfermedad», dice el co-autor Allen Van Deynze, Director de Investigación del Centro de Biotecnología de Semillas en la Universidad de California, Davis. «En el futuro, el genoma servirá como base para el mejoramiento molecular de la zanahoria.»
Las zanahorias tienen una larga historia como un cultivo de raíz domesticada. Las primeras zanahorias cultivadas aparecieron hace 1.100 años en Asia Central. Estas eran (a diferencia de sus antepasados silvestres blancos) púrpuras y amarillas. La zanahoria naranja canónica apareció más tarde, en Europa en el año 1500, proporcionando a la vez un objeto estético para el arte alemán y español. Incluso antes de la domesticación, semillas de zanahoria silvestre aparecieron en campamentos primitivos de Alemania y Suiza hace 3.000-5.000 años atrás.
El estudio no puede responder por qué los primeros cultivos fueron púrpura y amarillo, aunque se puede verificar que no se debe al sabor. Los genes para el color y los genes asociados con sabores preferidos no están conectados. Pero que las zanahorias de colores se hicieran populares es fortuito: Los pigmentos son los que las hacen nutritivas, y las zanahorias de color naranja son las más nutritivas de todas, dice Simon. Las zanahorias son el cultivo más rico en vitamina A en la dieta estadounidense.
El nuevo estudio revela cómo se produce ese color naranja. «La acumulación de pigmentos de color naranja es una acumulación que normalmente no ocurriría», dice Simon, uno de sólo unos pocos investigadores de zanahoria en todo el mundo, junto con otro científico de la UW-Madison, Irwin Goldman, que no fue parte de este estudio. «Ahora, sabemos cuáles son los genes y lo que hacen.»
El equipo de investigación utilizó la zanahoria Nantes para reunir y analizar la secuencia genética completa, mirando en la maquinaria que impulsó la evolución de la zanahoria y las marcas que dejó a través del tiempo.
El genoma de la zanahoria contiene más de 32.000 genes dispuestos entre nueve cromosomas, los cuales codifican la resistencia a plagas y enfermedades, carotenoides coloridos y más. Carotenoides, como alfa y beta-caroteno, fueron descubiertos por primera vez en las zanahorias.
Los investigadores descubrieron características trazadas con especies de plantas lejanamente relacionadas, desde las uvas y los tomates hasta los kiwis y las papas. Las zanahorias, más recientemente, se separaron de la lechuga y se encuentran en la misma familia que los cultivos de especias, como el perejil y el hinojo.
Los investigadores también secuenciaron 35 tipos diferentes de zanahorias para compararlas con sus antepasados silvestres. Mostraron que las zanahorias fueron domesticadas por primera vez en el Oriente Medio y Asia Central, lo que confirma la teoría de Vavilov de los centros de origen, que predice que las plantas cultivadas surgieron de regiones específicas en lugar de al azar.
También se enteraron de que en algún momento entre los períodos Cretácico y Paleógeno (más o menos alrededor de la extinción de los dinosaurios), las zanahorias recogieron ventajas genéticas comunes a otras plantas de la época que les permitió prosperar.
Además, el estudio confirmó que un gen llamado Y es responsable de la diferencia entre las zanahorias blancas y amarillas o naranjas, y que una variación del mismo conduce a la acumulación de carotenoides.
Pero también identificó un nuevo gen previamente desconocido, que contribuye a la acumulación de los compuestos de colores. Ambos genes son recesivos, lo que significa que se necesitan dos copias de cada uno para que los carotenoides se acumulen en la planta, que es en realidad un defecto en una ruta metabólica que parece estar relacionada a la sensibilidad a la luz.
Las plantas obtienen su propia alimentación a través de la detección de luz, o la fotosíntesis, pero las raíces como las zanahorias no están normalmente expuestas a la luz y no necesitan pigmentos fotosintéticos como los carotenoides. «Es una reutilización de los genes que las plantas utilizan generalmente cuando crecen en la luz», dice Simon.
Parece que estos genes fueron seleccionados de forma inadvertida por los primeros cultivadores, y Simon sugiere que puede haber sido simplemente para ayudar a los primeros domesticadores a diferenciar entre las zanahorias silvestres y las plantas que querían sembrar.
«Podrían mantener sus cultivos ‘limpios’ de un parche de zanahorias silvestres que crecen a 50 metros eligiendo sólo las moradas o amarillas,» dice Simon, que bromea: «O tal vez fue la moda alimentaria del siglo 10, con color naranja en el 16».
El consumo mundial de zanahoria se cuadriplicó entre 1976 y 2013 y en los últimos 40 años, el mejoramiento ha llevado a zanahorias más nutritivas con la selección de los cultivos cada vez más intensamente naranja. De hecho, las zanahorias tienen un 50% más caroteno que en 1970.
Aunque la mayoría de los estadounidenses no tienen deficiencia de vitamina A, se considera un nutriente esencial y la deficiencia es un problema en algunas comunidades de Estados Unidos y en todo el mundo. Si bien el estudio no puede resolver el problema, resalta la oportunidad que presentan las zanahorias para mejorar la salud y la economía en otras naciones.
«A nivel mundial, repartimos cápsulas de vitamina A, pero ¿Por qué no las cultivan las mismas personas?» pregunta Simon. «En un metro cuadrado puedes crecer un solo cultivo de zanahorias por año para alimentar a una media docena de adultos. Puedes crecer la mitad ahora y la otra mitad en seis meses para tener una fuente sostenible de vitamina A y una cosecha valiosa en el mercado».
El estudio también refleja un cambio en el funcionamiento de los fitomejoradores de plantas, mediante el aprovechamiento de las nuevas tecnologías para responder a las preguntas básicas sobre las plantas cultivadas.
«Nos dice cosas sobre el genoma que esperábamos, pero que no sabíamos antes», dice Simon. «Cada cultivo tiene una historia que contar.»