Una nueva investigación en Science muestra cómo el auge de la agricultura moderna ha convertido una planta nativa de América del Norte, el cáñamo de agua común, en una maleza agrícola problemática.
por la Universidad de Columbia Británica
Un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Columbia Británica (UBC) comparó 187 muestras de cáñamo de agua de granjas modernas y humedales vecinos con más de 100 muestras históricas que datan de 1820 y que se habían almacenado en museos de América del Norte. Al igual que la secuenciación de restos humanos y neandertales antiguos ha resuelto misterios clave sobre la historia humana , el estudio de la composición genética de la planta durante los últimos dos siglos permitió a los investigadores observar la evolución en acción en entornos cambiantes.
«Las variantes genéticas que ayudan a que la planta funcione bien en los entornos agrícolas modernos han aumentado a altas frecuencias notablemente rápido desde la intensificación agrícola en la década de 1960», dijo la primera autora, la Dra. Julia Kreiner, investigadora postdoctoral en el Departamento de Botánica de la UBC.
Los investigadores descubrieron cientos de genes en el genoma de la maleza que ayudan a su éxito en las granjas, con mutaciones en genes relacionados con la tolerancia a la sequía, el crecimiento rápido y la resistencia a los herbicidas que aparecen con frecuencia. «Los tipos de cambios que estamos imponiendo en los entornos agrícolas son tan fuertes que tienen consecuencias en los hábitats vecinos que normalmente pensaríamos que son naturales», dijo el Dr. Kreiner.
Los hallazgos podrían informar los esfuerzos de conservación para preservar áreas naturales en paisajes dominados por la agricultura. Reducir el flujo de genes fuera de los sitios agrícolas y elegir poblaciones naturales más aisladas para su protección podría ayudar a limitar la influencia evolutiva de las granjas.
El cáñamo de agua común es originario de América del Norte y no siempre fue una planta problemática. Sin embargo, en los últimos años, la mala hierba se ha vuelto casi imposible de erradicar de las granjas gracias a las adaptaciones genéticas, incluida la resistencia a los herbicidas.
«Si bien el cáñamo de agua generalmente crece cerca de lagos y arroyos, los cambios genéticos que estamos viendo permiten que la planta sobreviva en tierras más secas y crezca rápidamente para superar a los cultivos», dijo la coautora, la Dra. Sarah Otto, profesora de la Universidad de Killam. de la Columbia Británica. «El cáñamo acuático básicamente ha evolucionado para convertirse más en una maleza dada la fuerza con la que ha sido seleccionada para prosperar junto con las actividades agrícolas humanas».
En particular, cinco de las siete mutaciones resistentes a herbicidas encontradas en las muestras actuales estaban ausentes en las muestras históricas. «Las granjas modernas imponen un fuerte filtro que determina qué especies de plantas y mutaciones pueden persistir en el tiempo», dijo el Dr. Kreiner. «Al secuenciar los genes de la planta, los herbicidas se destacaron como uno de los filtros agrícolas más fuertes para determinar qué plantas sobreviven y cuáles mueren».
Waterhemp que lleva cualquiera de las siete mutaciones resistentes a herbicidas ha producido un promedio de 1,2 veces más descendientes supervivientes por año desde 1960 en comparación con las plantas que no tienen las mutaciones.
También se descubrieron mutaciones resistentes a herbicidas en hábitats naturales, aunque con menor frecuencia, lo que plantea interrogantes sobre los costos de estas adaptaciones para la vida vegetal en entornos no agrícolas. «En ausencia de aplicaciones de herbicidas, ser resistente puede ser costoso para una planta, por lo que los cambios que ocurren en las granjas están afectando la aptitud de la planta en la naturaleza», dijo el Dr. Kreiner.
Las prácticas agrícolas también se han remodelado donde se encuentran variantes genéticas particulares en todo el paisaje. Durante los últimos 60 años, una variedad maleza del sudoeste ha progresado cada vez más hacia el este en América del Norte, propagando sus genes a las poblaciones locales como resultado de su ventaja competitiva en los contextos agrícolas.
«Estos resultados resaltan el enorme potencial de estudiar genomas históricos para comprender la adaptación de las plantas en escalas de tiempo cortas», dice el Dr. Stephen Wright, coautor y profesor de Ecología y Biología Evolutiva en la Universidad de Toronto. «Expandir esta investigación a través de escalas y especies ampliará nuestra comprensión de cómo la agricultura y el cambio climático están impulsando la rápida evolución de las plantas».
«Comprender el destino de estas variantes y cómo afectan a las plantas en poblaciones ‘salvajes’ no agrícolas es un próximo paso importante para nuestro trabajo», según el profesor John Stinchcombe de la Universidad de Toronto, coautor del estudio.
Más información: Julia M. Kreiner, Adaptación rápida de malezas y expansión del rango en respuesta a la agricultura durante los últimos dos siglos, Science (2022). DOI: 10.1126/ciencia.abo7293
