Investigadores alemanes decodificaron el genoma europeo del maíz. En comparación con las líneas de maíz de América del Norte, descubrieron variaciones que subyacen a las diferencias fenotípicas y que también pueden contribuir al efecto de la heterosis (o «vigor híbrido»). Una mejor comprensión del efecto podría afectar su mejoramiento para obtener mayores rendimientos. Para el cultivo de maíz en áreas con bajos rendimientos y para los desafíos impuestos por el cambio climático, estas observaciones pueden ser de particular importancia.
German Research Center for Environmental Health / 27 de julio de 2020.- El genoma del maíz cuenta una historia intrigante sobre la domesticación y la configuración del genoma por selección humana. Hace unos 10.000 años, los nativos americanos comenzaron a domesticar el maíz en lo que hoy es México. Crearon la base para una de las fuentes de alimentos más importantes de la actualidad tanto para humanos como para ganado. Después del descubrimiento del «nuevo mundo» por Colón, el maíz fue traído de América a Europa. El maíz se adaptó a los nuevos regímenes de cultivo y clima a través de la selección y mejoramiento dirigido y finalmente se extendió por todo el mundo.
Debido a su historia, las líneas de maíz actuales no solo difieren en apariencia, sino que su genoma contiene muchas diferencias (presencia y ausencia de genes, así como variaciones estructurales). En 2009, los investigadores decodificaron el genoma de la accesión de variedad de maíz norteamericana B73. Sin embargo, esta secuencia de referencia solo cubre una pequeña parte del genoma global del maíz (pangenoma) y tiene un uso limitado como punto de referencia para las líneas europeas. Para mejorar el mejoramiento del maíz y adaptarse al cambio climático, se necesita una investigación básica sobre el genoma de otras líneas de maíz.
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Los investigadores alemanes ahora lograron decodificar el genoma europeo del maíz. Analizaron cuatro líneas europeas diferentes de maíz utilizando tecnologías modernas de secuenciación y enfoques bioinformáticos. En comparación con dos líneas de América del Norte, encontraron diferencias significativas en el contenido genético y la estructura del genoma de estas líneas, después de unos pocos cientos a mil años de separación genética solamente.
Además, las denominadas regiones «knob» (regiones de cromatina condensada en el ADN del maíz) varían sustancialmente en esas líneas de maíz. Se sabe que las regiones knpb afectan genes adyacentes. En áreas donde las regiones knob tienden a ser más pronunciadas, los genes circundantes no se pueden leer. Esto da como resultado una pérdida de la función genética.
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«Presumimos que las diferencias en el contenido genético, la regulación génica y la influencia de las regiones knob podrían causar el efecto de la heterosis», dice el profesor Klaus Mayer, genomicista de Helmholtz Zentrum München y profesor honorario de la Facultad de Ciencias de la Vida TUM de la Universidad Técnica de Munich. .
La heterosis ocurre cuando los descendientes de un cruce son significativamente más grandes y producen mayores rendimientos que sus padres (también conocido como vigor híbrido). Si genes específicos de una generación parental, por ejemplo, los que determinan la altura de la planta de maíz, no están presentes en una determinada región o no se pueden leer, esto también afectará la altura de la descendencia. A través del cruce con una planta que contiene el factor genético necesario, el defecto puede compensarse en la próxima generación. «Esto da como resultado plantas más grandes con mayores rendimientos, sin que los padres muestren estas características. En algunos cruces, este efecto puede incluso duplicar el rendimiento. Aunque se ha explotado en el mejoramiento durante mucho tiempo, la base genética y molecular de la heterosis aún no se entiende completamente», dice el profesor Chris-Carolin Schön, profesor de fitomejoramiento en TUM.
[Recomendado: Estudio descarta efectos adversos por el cultivo de maíz transgénico en Europa]«En el próximo paso, probaremos nuestra hipótesis. Con este fin, no solo analizaremos los genomas de las diferentes líneas de maíz, sino que nos centraremos en los posibles procesos epigenéticos que pueden afectar la funcionalidad de genes particulares», agrega Klaus Mayer.
Si la hipótesis de los investigadores es correcta, la heterosis podría aplicarse aún más eficazmente en el futuro mejoramiento de maíz. Las áreas con bajos rendimientos podrían beneficiarse de la heterosis. Además, estos hallazgos podrían volverse altamente relevantes en vista de la creciente población mundial y el cambio climático, lo que plantea desafíos cada vez mayores para la producción agrícola.
El estudio se publica en Nature Genetics.