La papa, un popular alimento y el tercer cultivo más sembrado a nivel global, fue domesticada hace entre 8,000 y 10,000 años a partir de una especie silvestre nativa de las montañas de los Andes en el sur de Perú. Durante el siglo XVI, postula que los conquistadores españoles transportaron el robusto tubérculo a través del Atlántico.
Ahora, un equipo de investigadores ha trazado este linaje para aprender cómo se domesticó la papa y cómo evolucionó su ADN a lo largo del tiempo.
«Hemos secuenciado los genomas, o el código genético, de un espectro de papas nativas de Sudamérica: Perú, Bolivia y Ecuador», dijo Richard Veilleux, jefe del Departamento de Horticultura de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Virginia Tech. «Ves un arcoiris de papas en el continente. Cómo se movieron y fueron domesticados se ha debatido durante muchos años».
Variedades de papas peruanas.
Veilleux y su estudiante graduada, Parker Laimbeer, candidata doctoral en horticultura de Rappahannock, Virginia, se asociaron con colegas de la Universidad Estatal de Michigan, incluyendo a C. Robin Buell, profesor de biología vegetal, y Michael Hardigan, investigador postdoctoral en la Universidad de California Davis, para llevar a cabo un proyecto de genoma de planta en respuesta a una oportunidad de financiación de la National Science Foundation. Su trabajo fue publicado recientemente en el Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
«Los resultados aumentan nuestra comprensión de cómo se domesticó la papa y qué genes son importantes. También identificamos genes potenciales para mejorar en el futuro y mostramos cómo la secuenciación del genoma de alto rendimiento proporciona nuevas herramientas», dijo Veilleux.
Para obtener más información sobre este cultivo, el tercero más importante cultivado para consumo humano directo, el equipo examinó especies silvestres y cultivadas, incluidas las encontradas en los mercados de América del Sur, las variedades domésticas de América del Norte y las variedades nativas, que son papas cultivadas análogas a variedades antiguas.
Luego, utilizando enfoques genómicos modernos, los investigadores buscaron proporcionar información sobre la diversidad genómica, revelar eventos históricos de hibridación e identificar los genes dirigidos durante la domesticación que controlan la variación de los rasgos agrícolas, todos los cuales son vitales para la seguridad alimentaria.
«Lo que hace complicado a las papas es que no se reproducen», dijo Veilleux. «Si plantas semillas, obtienes menos de lo que comenzaste».
Otro cambio que acompañó a la domesticación de la papa es la reducción de la fertilidad del polen. Mientras que las especies silvestres deben ser fértiles para dispersar las semillas, las especies cultivadas crecen a partir de tubérculos. Esta irrelevancia atrofió la fertilidad de la especie, y el efecto pudo observarse a nivel genómico.
El Russet Burbank, un mutante de la papa Burbank, fue lanzado en el año 1902. Hasta la fecha, esta variedad sigue siendo la más popular en los EE. UU., lo que subraya una falta de avance de larga data en el mejoramiento de papas.
Sin embargo, los esfuerzos para comprender mejor la composición genética de la papa han estado plagados de desafíos, no menos importante el hábito del cultivo de mantener cuatro copias de cada gen.
Veilleux y Laimbeer estudiaron la variación del número de copias: múltiples copias de genes dentro del mismo organismo. A través del proceso de mejoramiento, se duplican o eliminan múltiples copias de una secuencia de ADN, no solo en papas, sino en todas las especies vegetales y animales. Cuando nace un organismo, los cambios como resultado de la meiosis producen diferentes copias de diferentes partes del genoma. Este proceso imperfecto permite mutaciones y ADN adicional. Las copias adicionales de ADN pueden ser beneficiosas en algunos casos, lo que conduce a una mayor variación genética y perjudicial en otros, lo que lleva a la enfermedad.
«Debido a la complejidad genética de la papa, no podríamos haber llevado a cabo esta investigación sin acceso a un genoma de papa secuenciado», dijo Laimbeer. «El genoma secuenciado nos permite comparar todas las demás papas con este modelo».
Da la casualidad de que Veilleux y Buell formaban parte del Consorcio de Secuenciación del Genoma de la Papa de casi 100 científicos que secuenciaron el primer genoma de papa del mundo. La secuenciación del genoma de la papa, publicada en 2011, se basó en la disponibilidad de una papa «doble monoploide», conocida como DM, desarrollada en el laboratorio de Veilleux. La relativa simplicidad genética del tubérculo en comparación con las papas comerciales facilitó la secuencia utilizando la tecnología de secuenciación de próxima generación disponible. La secuencia de DM continúa sirviendo como el genoma de referencia para la papa.
«Alineamos los genomas de cada papa que estudiamos con la papa DM», dijo Laimbeer. «Ahora, podemos ver la imagen en la caja al armar cada rompecabezas del genoma de la papa. Tiene sentido».
Las contribuciones del equipo de investigación para una mayor comprensión del anteproyecto genético del tubérculo pueden ayudar a los productores a realizar una transición hacia un esquema de mejoramiento exitoso que produzca las variedades deseables. La industria de las papas fritas, por ejemplo, es muy selectiva sobre qué tipos de papas utiliza. Las últimas muestras de bocadillos requieren el contenido de almidón perfecto para producir el color y la textura adecuados cuando se fríen. Las papas también deben tener la forma correcta, con ojos poco profundos para pasar a través de las máquinas desmenuzadoras.
Gracias a Veilleux y Laimbeer, pronto será más fácil desarrollar la patata frita perfecta o acceder a características deseables, como una mejor resistencia a las enfermedades en las especies silvestres o primitivas. Las poblaciones naturales existentes, creen, representan una fuente esencial de potencial de adaptación sin explotar.