Científicos de la Academia China de Ciencias han construido el pangenoma más completo hasta la fecha de arroz silvestre y cultivado, revelando una vasta diversidad genética que podría transformar el mejoramiento de cultivos. Este estudio, publicado en Nature, identifica más de 69,000 genes, muchos exclusivos del arroz silvestre y asociados con resistencia a enfermedades y adaptación ambiental, proporcionando una base crucial para desarrollar variedades de arroz más resistentes y sostenibles frente al cambio climático y las crecientes demandas alimentarias globales.
Academia China de Ciencias / 16 de abril, 2025.- Un estudio dirigido por el equipo del Prof. HAN Bin en el Centro de Excelencia en Ciencias Moleculares de las Plantas de la Academia China de Ciencias ha construido un mapa pangenómico sin precedentes del arroz silvestre y cultivado, descifrando la arquitectura genética y la diversidad del arroz. Publicado en línea en Nature el 16 de abril, este estudio ofrece un recurso valioso para el mejoramiento y la innovación agrícola, a la vez que arroja nueva luz sobre la historia evolutiva y de domesticación del arroz.
El arroz cultivado asiático (Oryza sativa) es un alimento básico para miles de millones de personas. Ante el cambio climático y el rápido crecimiento de la población mundial, aumentar la producción de O. sativa, así como su resistencia a enfermedades y plagas, es una prioridad apremiante. Igualmente importante es liberar el potencial genético de su progenitor silvestre, Oryza rufipogon, que se ha adaptado durante miles de años a diversos entornos.
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En este estudio, los investigadores secuenciaron 145 genomas de arroz —incluyendo 129 accesiones silvestres y 16 variedades cultivadas— seleccionados por su diversidad geográfica y genética. Utilizando principalmente la tecnología avanzada de secuenciación de alta fidelidad (HiFi) de PacBio y métodos computacionales, crearon el «pangenoma» de mayor resolución hasta la fecha, capturando el panorama genético completo del arroz silvestre y descubriendo variaciones ocultas cruciales para la mejora del cultivo.
Su análisis reveló 3.870 millones de pares de bases de secuencias genéticas novedosas ausentes en el único genoma de referencia reconocido (O. sativa ssp. japonica cv. Nipponbare), así como 69.531 genes que abarcan colectivamente el pangenoma. Sorprendentemente, casi el 20% de estos genes existen únicamente en el arroz silvestre, y muchos están vinculados a características como la resistencia a enfermedades y la adaptación ambiental. Estos genes representan una mina de oro genética para el desarrollo de variedades modernas de arroz capaces de resistir plagas, enfermedades y los desafíos climáticos.
Utilizando estas secuencias genómicas de alta calidad, los investigadores también realizaron análisis de haplotipos de genes clave de domesticación temprana en varios grupos de arroz cultivado asiático. Sus resultados confirmaron que todos los loci de domesticación se originaron a partir del ancestro de la japónica, Or-IIIa, lo que respalda firmemente la hipótesis, largamente debatida, de un único evento de domesticación inicial para todas las variedades de arroz asiático.
Los investigadores también descubrieron un amplio flujo genético entre los grupos de arroz cultivado en el sur de Asia, lo que condujo a la clasificación de una subpoblación recientemente identificada, intro-indica, y al desarrollo de un mapa completo de la evolución y domesticación del arroz.
Al examinar la divergencia genética entre indica y japónica (las dos subespecies principales de O. sativa), los investigadores identificaron más de 850.000 polimorfismos de un solo nucleótido y 13.000 variaciones de presencia-ausencia entre ellas. Estas diferencias se originaron principalmente en la divergencia entre sus linajes ancestrales y un cuello de botella genético mayor en la japónica, lo que crea nuevas oportunidades para combinar genes beneficiosos de diferentes subespecies de arroz.
Este conjunto de datos pangenómicos, prácticamente saturado y enriquecido con valiosos recursos genéticos silvestres, proporciona una base sólida para la investigación agrícola y el fitomejoramiento. Los científicos pueden extraer alelos beneficiosos, rastrear el origen de genes clave y profundizar en la comprensión de la adaptación ambiental y la plasticidad fenotípica del arroz.
El estudio ofrece una hoja de ruta para el desarrollo de variedades de arroz resistentes a condiciones climáticas extremas, que requieran menos recursos y produzcan mayores rendimientos. Los editores de Nature también elogiaron este estudio por su importancia para la seguridad alimentaria futura en Research Briefing.