Los parientes silvestres de arroz, tomate y soya expresan más genes de tolerancia a estrés (sequía, salinidad), mientras que las variedades domesticadas activan vías hormonales y de detoxificación: así lo muestra un metaanálisis de transcriptomas que entrega nuevos datos para desarrollar cultivos más resilientes al cambio climático.
Hiroshima University / 20 de agosto de 2025.- Con el cambio climático y la mayor frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos, los investigadores predicen que la producción mundial de cultivos importantes como el maíz, el arroz y la soja podría disminuir entre un 12 % y un 20 % para finales de siglo. Para prepararse, los científicos de las ciencias agrícolas esperan encontrar maneras de mejorar la producción y cultivar variedades más resistentes de estos cultivos. Nuevos conocimientos sobre la composición genética de variedades silvestres de cultivos comunes muestran cómo la domesticación ha modificado las características de los cultivos a lo largo del tiempo y proponen un nuevo método de cultivo para mejorar la diversidad genética. La investigación se publicó en un artículo en la revista Life el 11 de julio.
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“Si bien las especies domesticadas se han desarrollado originalmente cultivando especies silvestres, la consiguiente reducción de la diversidad genética puede perjudicar a todos los individuos al exponerlos a enfermedades y estrés ambiental. Para resolver este problema, nos propusimos identificar las diferencias en las características de los cultivos entre los parientes silvestres y las especies domesticadas, y contribuir a la selección de nuevos genes candidatos para el mejoramiento. La introducción de características útiles, especialmente las que se encuentran en los parientes silvestres, puede proporcionar pistas para el desarrollo de nuevas variedades útiles”, afirmó Hidemasa Bono, profesor de la Escuela de Posgrado de Ciencias Integradas para la Vida de la Universidad de Hiroshima, en Hiroshima, Japón.
Los investigadores utilizaron datos de secuenciación de ARN de bases de datos públicas, incluyendo el Centro Nacional de Información Biotecnológica, Gene Expression Omnibus, y estudios publicados en línea. Se centraron en cultivos con parientes silvestres que contaban con datos de secuenciación de ARN ampliamente disponibles: tomates, arroz y soja. Los datos de expresión génica de las variedades silvestres se compararon posteriormente con los de las variedades domesticadas. Para evaluar los datos, los investigadores clasificaron todos los genes en tres grupos: sobreexpresados, sin cambios y sobreexpresados.
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Al comprender la comparación de la expresión génica entre las variedades silvestres y las domesticadas, los investigadores pudieron comprender las diferencias en la respuesta de las plantas a los factores de estrés. «Los parientes silvestres presentan una alta tolerancia al estrés ambiental, con el potencial de responder al cambio climático y a los cambios severos en el entorno natural, lo cual ha sido un problema en los últimos años», afirmó Bono.
Los investigadores encontraron 18 genes sobreexpresados en los parientes silvestres y 36 genes sobreexpresados en las especies domesticadas. Se descubrió que las especies silvestres tenían genes relacionados con la respuesta al estrés ambiental, mientras que las domesticadas tenían más genes relacionados con la regulación hormonal, la exportación y la desintoxicación de compuestos químicos. Por ejemplo, un gen llamado HKT1 afecta la respuesta al estrés salino, y se descubrió que la tolerancia a la sal estaba sobreexpresada en las variedades silvestres. Esto podría representar una oportunidad para desarrollar cultivos que puedan crecer en suelos con mayor salinidad. Los investigadores también encontraron genes sobreexpresados en variedades silvestres que contribuyeron al estrés hídrico (RD22), al estrés hídrico (HB-12), al desarrollo foliar y la promoción de la fotosíntesis (HB-7), y a la respuesta al estrés osmótico y la señalización de heridas (MYB102).
En plantas domesticadas, los investigadores también encontraron genes beneficiosos sobreexpresados en comparación con las variedades silvestres. Varios genes ayudan a desintoxicar las plantas y a eliminar las sustancias químicas presentes en el suelo. Un gen (ALF5) mejora la resistencia de la planta al tetrametilamonio, y otro (DTX1) gestiona el cadmio y otros compuestos tóxicos. Estos y otros genes pueden ayudar a las plantas a crecer en suelos contaminados con sustancias químicas. Los investigadores sospechan que esto podría haberse vuelto beneficioso para las plantas debido al aumento en el uso de pesticidas y fertilizantes químicos.
“Las tres especies silvestres utilizadas en este análisis (arroz, tomate y soja) compartían altos niveles de expresión de genes que contribuyen a las respuestas al estrés, como la sequía, la presión osmótica y el estrés por heridas. Estos altos niveles de expresión de genes que contribuyen a la tolerancia al estrés, que comparten estas tres especies menos relacionadas, sugieren que es probable que las especies silvestres de otras especies también posean rasgos útiles”, afirmó Bono.
De cara al futuro, los investigadores esperan aprender aún más sobre estas diferencias esenciales entre los parientes silvestres y las especies domesticadas para mejorar el mejoramiento genético. “Además, nos gustaría recopilar y reanalizar los datos utilizados en la investigación sobre mejoramiento genético de cultivos para crear una base de datos que contribuya a la promoción del mejoramiento genético digital de cultivos”, añadió Bono.
Otro colaborador de esta investigación fue Makoto Yumiya, de la Escuela de Posgrado de Ciencias Integradas para la Vida de la Universidad de Hiroshima.
El Centro para la Transformación Biodigital (BioDX), COI-NEXT y la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología (JST) financiaron esta investigación. Este artículo recibió financiación de la Universidad de Hiroshima para cubrir las tarifas de acceso abierto.