Un equipo internacional de investigadores ha examinado exhaustivamente los genomas de siete especies silvestres de sandía, creando un recurso que podría ayudar a los fitomejoradores a aumentar la calidad y la capacidad de la fruta doméstica para prosperar en una era de cambio climático.
Cuando muchas personas piensan en la sandía, probablemente piensan en Citrullus lanatus, la sandía cultivada con fruta roja dulce y jugosa que se disfruta en todo el mundo como postre. De hecho, la sandía es una de las frutas más populares del mundo, solo superada por el tomate (que muchos lo consideran una hortaliza). Pero hay otras seis especies silvestres de sandía, todas las cuales tienen frutos pálidos, duros y amargos.
Los investigadores ahora han analizado los genomas de las siete especies, creando un recurso que podría ayudar a los fitomejoradores a encontrar genes de sandías silvestres que brinden resistencia a plagas, enfermedades, sequías y otras dificultades, y mejorar aún más la calidad de la fruta. La introducción de estos genes en la sandía cultivada podría producir sandías dulces de alta calidad que pueden crecer en climas más diversos, lo que será especialmente importante a medida que el cambio climático desafíe cada vez más a los agricultores.
«A medida que los humanos domesticaron la sandía en los últimos 4.000 años, seleccionaron frutas rojas, dulces y menos amargas», dijo Zhangjun Fei, miembro de la facultad del Instituto Boyce Thompson (BTI) y co-líder del esfuerzo internacional.
«Desafortunadamente, a medida que la gente hacía que las sandías fueran más dulces y rojas, la fruta perdió algunas habilidades para resistir enfermedades y otros tipos de estrés», dijo Fei, quién también es profesor adjunt en la Facultad de Ciencias Integrativas de Plantas de la Universidad de Cornell.
Como se describe en un estudio publicado en Nature Genetics hoy 1 de noviembre, los investigadores realizaron el trabajo utilizando un proceso de dos pasos. Primero, crearon una versión mejorada de un «genoma de referencia», que es utilizado por científicos y fitomejoradores para encontrar versiones nuevas e interesantes de genes de sus especímenes.
Fei lideró la creación del primer genoma de referencia de sandía utilizando una variedad cultivada de Asia oriental llamada ‘97103’, que se publicó en 2013.
«Ese primer genoma de referencia se hizo usando tecnologías de secuenciación de lectura corta más antiguas», dijo Fei. «Utilizando las actuales tecnologías de secuenciación de lectura larga, pudimos crear un genoma de calidad mucho más alta que será una referencia mucho mejor para la comunidad de la sandía».
Luego, el grupo secuencia los genomas de 414 sandías diferentes que representan las siete especies. Al comparar estos genomas tanto con el nuevo genoma de referencia como entre sí, los investigadores pudieron determinar la relación evolutiva de las diferentes especies de sandía.
«Un descubrimiento importante de nuestro análisis es que una especie silvestre que se usa ampliamente en los programas de mejoramiento actual, C. amarus, es una especie hermana y no un ancestro como se creía ampliamente», dijo Fei.
De hecho, los investigadores descubrieron que la sandía cultivada fue domesticada al retirar el amargor y aumentar la dulzura, el tamaño de la fruta y el color de la pulpa. Las variedades modernas se han mejorado aún más en los últimos cientos de años al aumentar la dulzura, el sabor y la textura crujiente. Los investigadores también descubrieron regiones del genoma de la sandía que podrían extraerse para continuar mejorando la calidad de la fruta, por ejemplo, haciéndolas más grandes, dulces y crujientes.
En los últimos 20 a 30 años, los fitomejoradores han cruzado la sandía cultivada con la especie hermana C. amarus y otros dos parientes silvestres, C. mucusospermus y C. colocynthis, para hacer que la sandía de postre sea más resistente a las plagas de nematodos, la sequía y las enfermedades, como el marchitamiento por Fusarium y el mildiu polvoriento.
Este tipo de mejoras con parientes silvestres es lo que entusiasma a Amnon Levi, un genetista de investigación y mejorador de sandías en el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). Levi es coautor del estudio y proporcionó el material genético para muchas de las sandías utilizadas en el estudio.
«La sandía dulce tiene una base genética muy estrecha», dice Levi. «Pero existe una gran diversidad genética entre las especies silvestres, lo que les da un gran potencial para contener genes que les brindan tolerancia a las plagas y el estrés ambiental«.
Levi planea trabajar con BTI para descubrir algunos de estos genes salvajes que podrían usarse para mejorar la sandía del postre, especialmente para la resistencia a las enfermedades.
«La sandía es susceptible a muchas enfermedades y plagas tropicales, cuyos rangos continuarán expandiéndose junto con el cambio climático», dice Levi. «Queremos ver si podemos recuperar algunos de estos genes silvestres de resistencia a enfermedades que se perdieron durante la domesticación».
Otros coautores fueron investigadores de la Academia de Ciencias Agrícolas y Forestales de Beijing y la Academia China de Ciencias Agrícolas.
El estudio fue apoyado en parte por fondos de la Iniciativa de Investigación de Cultivos de Especialidad del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA (2015-51181-24285) y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (IOS-1339287 e IOS-1539831).
En el mismo número de Nature Genetics, Fei y sus colegas también publicaron un artículo similar que analiza 1.175 melones, incluidas las variedades de melón cantaloupe y melón tuna. Los investigadores encontraron 208 regiones genómicas asociadas con la masa de fruta, la calidad y las características morfológicas, que podrían ser útiles para el mejoramiento del melón.
A principios de este año, Fei, Levi y sus colegas publicaron un genoma de referencia de la sandía ‘Charleston Gray‘, la principal variedad estadounidense de C. lanatus para complementar el genoma ‘97103’ de Asia oriental.