Se han identificado dos posibles nuevos loci de resistencia a la roya amarilla y dos alelos en variedades tradicionales de trigo asiático. La bioingeniería moderna permite aprovechar al máximo este descubrimiento para crear variedades innovadoras con una resistencia fiable al patógeno, cada vez más agresivo.
La propagación mundial de la enfermedad fúngica llamada roya amarilla plantea una amenaza importante para la producción de trigo, por lo que resulta fundamental la identificación de nuevos loci genéticos que confieran resistencia.
Ahora, un equipo internacional de investigadores dirigido por investigadores de la Universidad de Zúrich (UZH), Alemania, ha identificado variedades tradicionales de trigo de Asia que portan varios genes que confieren resistencia.
Estas variedades podrían proporcionar una fuente confiable de resistencia a la roya amarilla en las variedades comerciales en el futuro, y el estudio destaca la importancia de la diversidad genética para la seguridad alimentaria.
El trigo común ( Triticum aestivum ) es una especie alohexaploide, producto de dos eventos de poliploidización que contribuyeron a su amplia adaptabilidad.
Sin embargo, a pesar de su resistencia general, el trigo sigue siendo susceptible a numerosos patógenos y plagas.
Entre ellas, tres royas se consideran las más destructivas. Si bien la roya de la hoja ( Puccinia triticina [Pt]) y la roya del tallo ( Puccinia graminis f. sp. tritici [Pgt]) están muy extendidas, la roya lineal ( Puccinia striiformis f. sp. tritici [Pst]) causa los daños más significativos, afectando aproximadamente al 88 % de la producción mundial de trigo.
Las características rayas amarillas en las hojas del trigo, que dan al patógeno su nombre común – roya amarilla o rayada (YR), reducen significativamente la actividad fotosintética, lo que afecta el rendimiento y la calidad del grano.
En las últimas dos décadas, en muchas regiones del mundo han surgido razas de roya amarilla más agresivas y genéticamente diversas, que han provocado graves epidemias.
Una estrategia para controlar la roya amarilla implica el desarrollo de variedades de trigo con resistencia genética.
Se han identificado más de 80 genes de resistencia. La mayoría de estos se clasifican como resistencia específica de raza o de todas las etapas, que el patógeno suele superar en un ciclo de auge y caída. En cambio, algunos genes de resistencia se clasifican como resistencia de plantas adultas, y algunos demuestran resistencia pleiotrópica a múltiples enfermedades, lo que los convierte en recursos invaluables para el mejoramiento.
Existe una necesidad urgente de identificar fuentes nuevas y duraderas de genes de resistencia para estar a la vanguardia de las razas de la roya amarilla en constante evolución.
El estudio, que incluyó contribuciones de científicos de la Universidad de Zhejiang, China, el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en México y la Universidad de Kioto en Japón, tuvo como objetivo identificar nuevos loci de resistencia potencial y destacar una región geográfica que es fundamental para establecer y mantener fuentes duraderas de resistencia a la roya amarilla en el futuro.
Los científicos señalan que hasta ahora el germoplasma asiático no se ha utilizado de forma significativa en el mejoramiento moderno del trigo, a pesar de su gran potencial de desarrollo debido a su diversidad genética.
Las variedades de trigo del sur del Himalaya y, en particular, de la llanura china, son prometedoras debido a su ubicación en zonas con alta incidencia de roya amarilla. Estas áreas geográficas se han sugerido como fuente del patógeno o se caracterizan por una alta y diversa incidencia de la enfermedad.
El patógeno presenta una estructura poblacional compleja en esta región, sin una mezcla significativa entre las poblaciones de la meseta tibetana y las tierras bajas chinas. El flujo genético entre las poblaciones de Pakistán, Nepal y China es limitado.
Si bien la distribución global y regional del patógeno está bien documentada, la distribución de genes de resistencia en el trigo, la planta hospedante, aún no se comprende bien.
La alta incidencia de enfermedades en estas regiones podría haber moldeado la composición genética de las variedades tradicionales adaptadas regionalmente, lo que podría desempeñar un papel crucial en la coexistencia entre hospedador y patógeno. Una comprensión más clara de la distribución geográfica de los genes de resistencia podría orientar las iniciativas de conservación específicas, contribuyendo así a preservar las fuentes de resistencia para futuros esfuerzos de mejoramiento.
Desde el desarrollo y la implementación inicial de la población de mapeo de asociaciones anidadas (NAM) en maíz, se han generado varias poblaciones NAM para diferentes cultivos, lo que demuestra la efectividad de este diseño para identificar loci genéticos asociados con una amplia gama de características.
El diseño NAM supera algunas limitaciones de los enfoques de mapeo tradicionales: primero, las poblaciones NAM capturan más de la diversidad genética de una especie al incluir múltiples variedades parentales, a diferencia del mapeo biparental, que solo utiliza dos.
En segundo lugar, el mapeo NAM se basa en eventos de recombinación inducidos experimentalmente durante la construcción de la población, como el mapeo de un locus de rasgo cuantitativo (QTL) de ambos padres, lo que contrasta con la evidencia correlacional de recombinación histórica utilizada en estudios de asociación de todo el genoma (GWAS).
De este modo, el mapeo NAM combina las fortalezas tanto del mapeo QTL biparental como del GWAS, brindando evidencia sólida de los loci mapeados en cada variedad parental.
La población asiática de NAM en trigo se desarrolló mediante el cruce de un progenitor común, Norin 61 (N61), un cultivar japonés de élite con un ensamblaje genómico a escala cromosómica previamente descrito, con un conjunto diverso de 24 cultivares tradicionales y modernos de Nepal, Pakistán, China y Japón. Los científicos destacaron la importancia de los cultivares de trigo proporcionados por la Universidad de Kioto para este proyecto.
La población NAM generada, que incluye al menos siete líneas fundadoras de la región donde probablemente se originó la roya amarilla, representa un recurso único para identificar nuevos loci de resistencia en la región circunhimalaya. También permite a los científicos observar la distribución de loci individuales en la población, lo cual no es posible con una población de mapeo biparental.
Utilizando la población de trigo NAM asiática, este estudio tuvo dos objetivos principales: primero, determinar la base genómica de la resistencia a la roya en diferentes antecedentes genéticos y segundo, descubrir la distribución de los loci de resistencia a la roya en la población NAM resultante, incluidas las líneas de trigo originarias de regiones perihimalayas con alta incidencia de enfermedades.
Los investigadores buscaban responder a las siguientes preguntas: ¿Existe resistencia a la roya amarilla en los progenitores NAM? ¿Qué regiones genómicas de la población NAM están asociadas con la resistencia y se han caracterizado previamente? ¿Confieren estas regiones genómicas resistencia a la roya de la hoja y del tallo? ¿Qué líneas parentales contribuyeron a estos loci en la población NAM? ¿Se pueden identificar patrones geográficos claros en la distribución de los loci de resistencia a la roya?
El mapeo combinado de locus de rasgos cuantitativos (QTL) identificó dos genes de resistencia, Lr67/Yr46/Sr55 y Lr34/Yr18/Sr57, así como dos posibles nuevos loci de resistencia a la roya estriada.
El alelo resistente del primero, ubicado en el cromosoma 3D, es exclusivo de una variedad tradicional de Nepal, mientras que el segundo, presente en el cromosoma 5B, está presente en varias familias NAM. La amplia distribución geográfica de este QTL en regiones de alta incidencia sugiere que podría ser una fuente fiable de resistencia. Las fuertes resistencias observadas se debieron a combinaciones de varios loci de resistencia, lo que sugiere que la acumulación de resistencia es una estrategia eficaz en zonas con alta incidencia de roya lineal.
Los nuevos hallazgos resaltan la importancia de preservar la diversidad genética y las variedades tradicionales de trigo para combatir enfermedades y otras amenazas. Agricultores de todo el mundo han cultivado y mantenido estas variedades tradicionales durante generaciones, lo cual tiene importantes implicaciones para la seguridad alimentaria futura.
“Es necesario preservar las variedades tradicionales, tanto en los bancos de genes como en los campos de cultivo, antes de que se pierdan para siempre. Su uso y distribución de beneficios debe realizarse en estrecha colaboración con las comunidades locales, ya que sus conocimientos y prácticas sentaron las bases de la diversidad genética que observamos hoy”, afirmó Katharina Jung, de la Universidad de Zúrich, quien realizó una investigación sobre la resistencia del trigo a la roya amarilla en colaboración con el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en México y la Universidad de Kioto en Japón.
Fuentes: Universidad de Zúrich, Springer Nature. Foto de portada: Katharina Jung, Universidad de Zúrich.
