Un equipo de investigación colaborativa dirigido por Lu Fei del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia China de Ciencias (CAS) y Guo Zifeng del Instituto de Botánica de CAS, junto con sus colegas, ha identificado factores genéticos clave que dan forma a la morfología de la espiga de trigo (un rasgo crítico para el rendimiento) utilizando una plataforma de fenotipado de alto rendimiento.
por la Academia China de Ciencias
Sus hallazgos, publicados en Cell Reports , ofrecen objetivos moleculares para aumentar el rendimiento del trigo mediante el mejoramiento de precisión.
La morfología de la espiga de trigo influye directamente en el número de granos por espiga y su peso, dos componentes principales del rendimiento. Sin embargo, las mediciones manuales tradicionales no han logrado capturar variaciones detalladas en las diferentes regiones de la espiga, lo que limita los esfuerzos para descubrir los mecanismos genéticos subyacentes.
Para abordar esto, el equipo de investigación desarrolló una plataforma de fenotipado de alto rendimiento basada en imágenes , que emplea tecnología de segmentación 3D para medir con precisión parámetros de las espigas, como longitud, anchura, grosor, área y volumen. Por primera vez, cuantificaron sistemáticamente 54 rasgos morfológicos de las espigas, sentando una base de datos crucial para un análisis genético exhaustivo de la arquitectura de las espigas.
Mediante estudios de asociación de todo el genoma (GWAS), los investigadores identificaron 288 regiones genómicas significativamente asociadas en un panel global de 306 accesiones de trigo e identificaron 303 regiones clave en 1053 cultivares de origen chino. Revelaron que la diferenciación geográfica y las tendencias de selección genética en la morfología de la espiga (p. ej., diferencias intercontinentales en el volumen de la espiga) están reguladas principalmente por combinaciones de haplotipos.
Cabe destacar que diferentes haplotipos en la región cromosómica 2D (que contiene los genes TaDA1 y Rht8) modulan significativamente la longitud y el ancho de la espiga. La correlación negativa entre la longitud y el ancho/grosor de la espiga, observada comúnmente en las variedades locales de todo el mundo, se superó mediante el mejoramiento moderno mediante la selección de haplotipos sinérgicos (p. ej., C-trait3-2D.1, C-trait9-1A.4 y C-trait15-5B.2).
Un análisis de la historia de crianza de un siglo de China mostró que, si bien la longitud de las espigas se mantuvo estable, los aumentos continuos en el ancho y el grosor de las espigas llevaron a un aumento significativo en el volumen de las espigas.
De particular interés, los haplotipos que controlan el volumen de la espiga en diferentes particiones espaciales (P1-P5) mostraron enriquecimiento direccional durante la reproducción moderna. Por ejemplo, la frecuencia del haplotipo ventajoso C-trait51-5B.2 aumentó del 12,6 % al 61,14 %. La validación molecular demostró que el haplotipo favorable TraesCS1D02G068300 podía aumentar el volumen de la espiga en un 53,23 %.
Este hallazgo crítico no sólo confirma que el apilamiento de haplotipos es una estrategia eficaz para mejorar el rendimiento, sino que también proporciona fundamentos teóricos clave y recursos genéticos valiosos para el diseño molecular de variedades de trigo de alto rendimiento.
Más información: Kuocheng Shen et al., Disección de los factores genómicos que influyen en los cambios en la morfología de la espiga del trigo mediante fenotipado de alto rendimiento, Cell Reports (2025). DOI: 10.1016/j.celrep.2025.116120
