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Catalogación de la colección de arroz para la mejora de cultivos

Catalogación de la colección de arroz para la mejora de cultivos
Las accesiones de arroz de la Colección Nacional de Granos Pequeños del USDA tienen diversos tipos de panículas y granos. Aquí se muestran seis tipos de granos diversos con una gama de colores de salvado. Crédito: Lorie A. Bernhardt

El arroz es uno de los cultivos de cereales más importantes del mundo. Más de la mitad de la población mundial depende del arroz como su principal fuente de energía a partir de los alimentos.


por Adityarup Chakravorty, Sociedad Estadounidense de Agronomía


El arroz se cultiva en todo el mundo. Pero los productores de arroz enfrentan muchos desafíos. Estos van desde adaptarse a los efectos del cambio climático hasta lidiar con la presión para aumentar la productividad de los cultivos.

Ahí es donde entran los bancos de genes. Sirven como repositorios de materiales genéticos de cultivos .

«Los bancos de genes preservan y caracterizan la diversidad de cultivos para su uso en la mejora de cultivos, tanto ahora como para las generaciones venideras», dice Georgia Eizenga, miembro de la Sociedad Estadounidense de Agronomía y Ciencia de los Cultivos de América.

Eizenga es el autor principal de un nuevo estudio que tiene como objetivo mejorar la gestión y la utilidad del depósito de recursos genéticos de arroz del USDA . La investigación fue publicada en Crop Science , una publicación de la Crop Science Society of America.

La Colección Nacional de Granos Pequeños del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) contiene material de cerca de 20.000 variedades de arroz. Esta colección diversa es especialmente importante para la industria del arroz de EE. UU.

«El arroz se introdujo en los Estados Unidos desde Asia y África», dice Eizenga. «Tener una colección global diversa de cultivares de arroz proporciona una fuente de nuevos rasgos que pueden usarse para la mejora de cultivos».

Pero catalogar esta colección de material genético no es tarea fácil. Los desafíos incluyen desarrollar descripciones detalladas, encontrar y corregir errores de etiquetado y eliminar variedades redundantes.

Catalogación de la colección de arroz para la mejora de cultivos
El cultivo de arroz, Genekoi, es un arroz africano del sur de Sierra Leona. La semilla de Genekoi tiene salvado rojo y está incluida en la Colección Nacional de Granos Pequeños del USDA. Crédito: Trevis D. Huggins

Usar características físicas para catalogar cerca de 20.000 variedades es muy difícil. Algunas características, como la calidad de la cocción y la resistencia a las enfermedades, pueden ser especialmente difíciles de determinar. Ahí es donde las técnicas genéticas pueden resultar útiles.

«El banco de genes de arroz del USDA es un recurso que se ha desarrollado durante décadas», dice Eizenga. «Las técnicas moleculares nos permitirán utilizar este recurso de forma aún más eficaz».

Eizenga y sus colegas desarrollaron un pequeño panel de marcadores genéticos . Los marcadores genéticos son secuencias de ADN breves e identificables que se encuentran en lugares específicos de un genoma.

Estos marcadores genéticos sirven como guía para ayudar a los investigadores a determinar rápidamente si una variedad particular de arroz tiene un rasgo específico. Esto hizo que fuera más fácil buscar en la colección de arroz del USDA y administrarla de manera más eficiente.

Tomemos, por ejemplo, la resistencia a las enfermedades fúngicas. Sin marcadores genéticos, los mejoradores empezarían cultivando varias variedades de arroz diferentes. Entonces tendrían que exponer las plantas de arroz al hongo. Finalmente, observarían qué variedades contraían la enfermedad y cuáles eran resistentes.

Este proceso puede llevar meses. Un conjunto de marcadores genéticos funciona mucho más rápido.

Los investigadores saben qué genes desempeñan un papel en la resistencia a las enfermedades fúngicas en el arroz. Pueden extraer material genético de diferentes variedades de arroz. Luego, utilizan técnicas de biología molecular para probar qué variedades tienen genes de resistencia a enfermedades.

En lugar de meses, este proceso se puede completar en días. Eso puede ahorrar un tiempo y unos gastos valiosos.

Catalogación de la colección de arroz para la mejora de cultivos
Panículas de arroz seleccionadas que muestran la diversidad de panículas que se encuentran en la Colección Nacional de Granos Pequeños. Crédito: Laduska J. Sells

«Tener marcadores moleculares para rasgos que son difíciles de fenotipar puede reducir el costo de caracterizar las variedades de arroz», dice Eizenga. «Los marcadores moleculares también pueden hacer que el proceso sea más confiable».

Los marcadores genéticos también ayudan a los investigadores a identificar diferentes variedades de arroz con mayor precisión.

«Conocer las especies, subespecies y subpoblaciones correctas es vital para los criadores y genetistas», dice Eizenga. Ese es especialmente el caso al realizar cruces para incorporar rasgos deseables en nuevas variedades de arroz.

Es probable que los cruces realizados entre dos variedades de arroz estrechamente relacionadas produzcan semillas más viables que los cruces entre dos variedades diversas. Por lo tanto, los marcadores de especies, subespecies y subpoblaciones ayudan a los mejoradores a elegir qué variedades de arroz funcionarán bien juntas para desarrollar híbridos mejorados.

Sin establecer estas exitosas variedades híbridas, los mejoradores no pueden incorporar los rasgos deseados en nuevas variedades de arroz.

Eizenga y sus colegas ahora están probando una nueva tecnología de marcadores moleculares.

Esta tecnología implica buscar pequeñas diferencias en el material genético de diferentes variedades de arroz. Utiliza lo que se denomina polimorfismos de un solo nucleótido, o SNP.

«El uso de esta técnica permitirá catalogar las variedades de arroz de forma aún más rápida y económica», dice Eizenga.


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