Una confluencia única de arqueología, genética molecular y casualidad guió una colaboración de investigadores mexicanos y de Penn State hacia una comprensión más profunda de cómo se domesticó el maíz moderno a partir del teosinte, una hierba perenne originaria de México y América Central, hace más de 5000 años.
por Jeff Mulhollem, Universidad Estatal de Pensilvania
Hay mucho interés en cómo los antiguos agricultores transformaron la hierba silvestre teosinte en maíz moderno, uno de los cultivos más importantes y exitosos del mundo, según el líder del equipo Jonathan Lynch, distinguido profesor de nutrición vegetal. Durante décadas, su grupo de investigación en la Facultad de Ciencias Agrícolas ha estado descubriendo cómo las raíces juegan un papel fundamental en el desarrollo y la supervivencia de las plantas.
«El maíz no es una excepción, y resulta que los primeros cultivadores, probablemente sin saberlo, seleccionaron las características de las raíces que respaldaron un mayor desarrollo de semillas y mazorcas», dijo. «Y si bien es intrínsecamente interesante aprender cómo evolucionó el maíz desde su ancestro silvestre hasta lo que conocemos hoy, lo que aprendamos sobre cómo cambió la planta para lidiar con la sequía y los suelos duros puede ayudar a los fitomejoradores del mañana».
Encabezados por Iván López-Valdivia, inicialmente estudiante de posgrado en LANGEBIO en México y ahora estudiante de doctorado en el laboratorio de Lynch, los investigadores examinaron dos tallos de raíces antiguos encontrados en la cueva de San Marcos en el Valle de Tehuacán, México, para comprender los cambios que ocurrieron bajo tierra durante domesticación. Utilizaron tomografía por ablación láser, una plataforma de fenotipado de alta resolución que combina óptica láser e imágenes en serie con reconstrucción y cuantificación de imágenes en 3D, para comprender la anatomía de la planta.
A menudo denominada LAT, la tecnología fue desarrollada hace una década por el grupo de investigación de Lynch, incluido el ex alumno Ben Hall, quien creó una empresa que se centra en esta técnica. En este estudio, se utilizó LAT para reconstruir la estructura tridimensional de la raíz y la anatomía interna de los dos especímenes antiguos de raíz de maíz, que datan de entre 4956 y 5280 años.
En los hallazgos publicados hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences , los investigadores informaron que las células corticales externas de las raíces presentaban paredes gruesas similares a las que se encuentran en las plantas de maíz actuales adaptadas a suelos duros. Pero a diferencia del maíz moderno, los dos especímenes carecían de raíces seminales. Las raíces seminales, que suministran a las plántulas de maíz agua y nutrientes adicionales, no están presentes en el teosinte.
Luego, los investigadores analizaron el ADN de un tercer espécimen de aproximadamente la misma edad y encontraron mutaciones en dos genes que contribuyen a las raíces seminales del maíz moderno. Estos primeros especímenes de maíz se parecen más al teosinte en su adaptación a la sequía.
Los resultados indican que algunos rasgos relacionados con la adaptación a la sequía no estaban completamente presentes en el maíz más temprano de Tehuacán, lo que brinda información sobre las condiciones que prevalecían durante el cultivo temprano del maíz en la región, señaló López-Valdivia.
La historia detrás de la investigación es casi tan interesante como el trabajo en sí. Comenzó cuando Lynch hizo una presentación invitada sobre su investigación fundamental en el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad, también conocido como LANGEBIO, CINVESTAV, ubicado en Irapuato, Guanajuato, México. Luego de la presentación, visitó a un biólogo molecular de esa institución, quien fue asesor de López-Valdivia durante la obtención de la maestría en biotecnología vegetal por parte de este último.
«Estábamos hablando de las cosas geniales que había hecho con antiguas raíces de maíz que se conservaron en estas cuevas muy secas, y yo ni siquiera sabía de ellas», recordó Lynch. «Decidimos analizar la anatomía y la arquitectura de estas antiguas muestras de raíces para ver cómo han cambiado con el tiempo con la domesticación del maíz. Entonces, ese fue el origen. Iván comenzó este trabajo en México y lo terminó en Penn State como estudiante».
López-Valdivia continúa la investigación con su tesis de doctorado, que se centrará en cómo las raíces del maíz en evolución se adaptan a su entorno a través de su evolución. Aprecia cómo su trabajo cruzó inesperadamente de la biotecnología vegetal a la fenómica y el modelado de simulación, moviéndose de un país a otro.
«Para brindar un poco de contexto sobre las cuevas en Tehuacán, México, el arqueólogo estadounidense Richard MacNeish trató de encontrar en ellas los restos más antiguos de maíz», dijo. «Sus esfuerzos ofrecen algunas pistas sobre el origen de la agricultura en Mesoamérica. En los años 60, encontró miles de restos de mazorcas y solo una docena de raíces, con solo un nódulo escutular conservado, la delicada estructura a partir de la cual se desarrollan las raíces seminales».
Esos especímenes están siendo almacenados en el Instituto Nacional de Antropología e Historia de México, agregó López-Valdivia, y los investigadores terminaron tomando muestras de ellos para completar su estudio.
