Un equipo internacional dirigido por el Instituto Boyce Thompson ha identificado genes que permiten a los duraznos y sus parientes silvestres tolerar diversas condiciones de estrés ambiental, hallazgos que podrían ayudar al durazno domesticado a adaptarse al cambio climático.
Boyce Thompson Institute / 9 de marzo, 2021.- El estudio, codirigido por el miembro de la facultad del Instituto Boyce Thompson (BTI), Zhangjun Fei, examinó los genomas de los parientes silvestres y las razas autóctonas del durazno (o melocotón), variedades que se han adaptado durante mucho tiempo a condiciones locales específicas, de siete regiones de China. Identificaron genes responsables de la tolerancia del duraznero a múltiples factores ambientales, incluidos los niveles de radiación ultravioleta (UV-B), sequía y frío en altitudes elevadas.
«Nuestro estudio proporciona muchos genes candidatos, que muestran cómo el durazno se ha adaptado a todo tipo de estreses y estímulos ambientales», dijo Fei, quien también es profesor adjunto en la Escuela de Ciencias Vegetales Integrativas de la Universidad de Cornell. «Los mejoradores pueden utilizar esta información para desarrollar durazneros domesticados más resistentes que se enfrenten mejor a las temperaturas extremas, la sequía y otras condiciones duras y cambiantes impuestas por el cambio climático».
La investigación se describe en un estudio publicado el 9 de marzo en la revista Genome Research, con autores del BTI, el Departamento de Agricultura de Estados Unidos, La Academia China de Ciencias Agrícolas, la Universidad Agrícola de Huazhong y el Instituto de Investigación y Tecnología Agroalimentarias de Barcelona. Lirong Wang, profesor de la Academia China de Ciencias Agrícolas, codirigió el trabajo con Fei.
Durante las últimas décadas, el cambio climático ha hecho que muchos cultivos alimentarios sean menos productivos, lo que destaca la urgente necesidad de hacerlos más resistentes a los factores de estrés climático. Muchos estudios han identificado los genes que permiten que el arroz, la soja y otros cultivos alimentarios se adapten a sus entornos locales. Pero pocos estudios han analizado los principales cultivos de frutas como el durazno domesticado (Prunus persica), que tiene un rendimiento global anual de 24,5 millones de toneladas.
Muchos de los genes de adaptación del durazno domesticado se han perdido a medida que los humanos cultivaron la planta para centrarse en el sabor, la dulzura y otros rasgos agrícolas. Sin embargo, los parientes silvestres y las variedades locales del durazno albergan una gran diversidad genética que podría proporcionar recursos para mejorar la resiliencia de su primo domesticado.
Adaptaciones al frío, sequía y una milla de altura
Los investigadores reunieron 263 variedades locales y parientes silvestres del durazno: 218 del depósito nacional de germoplasma del fruto en China y 45 de la meseta tibetana. Luego, el equipo realizó estudios de asociación ambiental de todo el genoma en las muestras e identificó más de 2.700 puntos en el genoma que están vinculados a 51 factores ambientales que afectan los climas locales de esas regiones.
Por ejemplo, los durazneros de una región con temperaturas invernales extremadamente bajas tenían una variación genética en la proteína de fosfotransferencia de histidina AHP5, lo que sugiere que la variante le dio al duraznero la capacidad de resistir el frío. El equipo confirmó esta idea al mostrar que los niveles de la proteína aumentaron cuando las plantas se sometieron a bajas temperaturas.
Las plantas de una región muy árida albergaron variantes en múltiples genes en la vía de biosíntesis del ácido abscísico (ABA) que regula las respuestas al estrés por sequía, y en 12 genes en las vías que regulan el metabolismo del almidón y el azúcar. La experimentación adicional mostró que en respuesta al estrés por sequía, ABA indujo niveles más altos de una enzima productora de sacarosa, lo que explica por qué la fruta de los árboles de durazno en esta región tiene un contenido de azúcar consistentemente más alto que la fruta de regiones menos áridas.
«Cuando una planta fructífera como el durazno crece bajo una condición estresante como la sequía, su fruto se vuelve más dulce», dijo Fei. «En este estudio, hemos encontrado el vínculo genético directo entre la sequía y el contenido de azúcar del durazno».
En los durazneros de la meseta tibetana, el equipo identificó una variante en la calcona sintasa 2 asociada con la tolerancia a la intensa radiación UV-B de esa región de gran altitud. La variante aumentó la producción de antocianina flavonoide de color púrpura en los nuevos brotes de la planta, protegiéndolos del daño de la radiación UV-B.
«En general, la información genética que encontramos podría ayudar a las personas a desarrollar durazneros que crecen en muchos entornos diferentes y hostiles, expandiendo el rango geográfico del durazno a nuevas regiones«, dijo Fei. «Los mejoradores podrían desarrollar cultivares que prosperen en tierras que de otro modo no se utilizarían, reforzando la economía local y llevando más buena comida a los mercados locales«.
Primavera adelantada
El cambio climático también ha afectado a muchas especies templadas de floración y fructificación, incluido el durazno, al hacer que florezcan antes. El equipo analizó 89 muestras de duraznos que abarcan tres décadas (1983-2011) de una región de China y descubrió que las fechas de floración habían avanzado unos 10 días durante ese período. También identificaron una posible explicación genética para este avance: una variación en un gen del reloj circadiano, LNK1, que está regulado por las temperaturas cálidas y altamente expresado durante la floración.
«Este hallazgo podría eventualmente permitir que los mejoradores controlen la fecha de floración de sus árboles, de modo que el cultivo del durazno esté listo para cosecha cuando el productor y el mercado estén listos», dijo Fei.