Comprender cómo las condiciones ambientales y la composición genética afectan a los cultivos es esencial para desarrollar variedades más resistentes y productivas.
Por Dave Roepke, Universidad Estatal de Iowa
Pero la intrincada interacción entre el clima y los genes es difícil de desentrañar, en parte porque las plantas con el mismo genotipo pueden responder de diferentes maneras a condiciones variables. Esa dinámica se llama plasticidad fenotípica y es el principal interés de investigación de Jianming Yu, profesor de agronomía en la Universidad Estatal de Iowa.
Los fitomejoradores han considerado que la plasticidad fenotípica está demasiado entrelazada como para ser un enfoque útil para mejorar el rendimiento, dijo Yu. Un nuevo estudio de su equipo de investigación y colaboradores tiene como objetivo aumentar el énfasis en la plasticidad al mostrar un enfoque sistemático para extraer información de los datos que vinculan los rasgos de los cultivos, la genética y las condiciones climáticas .
«Hemos creado un marco cuantitativo para que los criadores y genetistas comprendan la plasticidad y estudien todos los aspectos relevantes al mismo tiempo», dijo Yu, titular de la Cátedra Pionera Distinguida en Mejoramiento de Maíz y director del Centro Raymond F. Baker para el Mejoramiento de Plantas.
Los hallazgos del equipo de Yu, descritos en un artículo reciente publicado en Genome Research , aprovechan investigaciones previas basadas en un gran conjunto de plantas de maíz que se han estudiado en profundidad durante las últimas dos décadas. La población de mapeo de asociaciones anidadas de maíz incluye 5000 líneas de maíz cultivadas en 11 lugares, y los investigadores utilizan ampliamente los datos de características físicas y genéticas de las plantas.
Un equipo dirigido por Matthew Hufford, profesor de ecología, evolución y biología de organismos de la Universidad Estatal de Iowa, publicó en 2021 un estudio que secuencia los genomas de los 26 fundadores utilizados para criar la población de 5.000 líneas.
La nueva investigación dirigida por Yu integra la genómica fundadora con observaciones de rasgos y datos climáticos históricos, buscando más de 20 millones de marcadores genéticos para la base de 19 características de las plantas de maíz en diferentes condiciones ambientales a lo largo del ciclo de desarrollo del maíz.
«Es sorprendente poder identificar el factor ambiental primario en la etapa crítica de crecimiento que configura el patrón de respuesta plástica de la población de maíz, y conectarlo con las variantes genéticas de todo el genoma», afirmó.
El objetivo a largo plazo es orientar los esfuerzos de mejoramiento, facilitando la predicción de cómo desarrollar maíz que tenga mayores rendimientos o una mayor capacidad para soportar condiciones extremas. Un análisis estadístico que los investigadores describieron en su artículo, por ejemplo, utilizó los datos para predecir el tiempo de floración de genotipos no probados cultivados en entornos no probados más del 90% del tiempo. Las predicciones de la arquitectura de la planta y los rasgos de los componentes del rendimiento no fueron tan precisas en genotipos y entornos no probados, aunque algunos rasgos individuales en ambas categorías superaron el 50%.
Conseguir más mejoras en el maíz y otros cultivos será cada vez más importante a medida que cambie el clima, y los avances en el mejoramiento que adopten enfoques de gran alcance ( grandes conjuntos de datos que incorporen situaciones de la vida real) son los más prometedores, dijo Yu.
«Creemos que la mayoría de las veces, cuando se realizan estudios de detalles utilizando alta tecnología, sólo se observa un pequeño subconjunto del material», afirmó. «Para resolver problemas de gran envergadura, se necesita la complejidad de las condiciones naturales del campo. De ahí es de donde obtendremos nuestra producción».
El equipo de Yu compartió sus hallazgos recopilados en MaizeGDB, un sitio web de acceso público sobre genómica del maíz, para que otros investigadores puedan seguir trabajando a partir de ellos. Yu espera que sus técnicas para reunir y analizar datos que arrojan luz sobre la plasticidad fenotípica sean utilizadas por los científicos que trabajan con otras plantas. Las grandes empresas de mejoramiento también están interesadas en este enfoque, afirmó.
«Lo importante es el método, no los resultados concretos. Es una forma interesante y valiosa de analizar los datos», afirmó.
Más información: Laura E. Tibbs-Cortes et al, Identificación integral de los determinantes genómicos y ambientales de la plasticidad fenotípica en el maíz, Genome Research (2024). DOI: 10.1101/gr.279027.124
