Los mejoradores de maíz de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign saben que la rentabilidad va más allá del rendimiento.
por Lauren Quinn, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Al modificar la composición del grano, pueden adaptar el maíz para lucrativas aplicaciones biotecnológicas, productos industriales, mercados extranjeros y más. Pero para aprovechar eficazmente estas valiosas características, los mejoradores primero deben comprender su base genética.
El mejoramiento tradicional del maíz suele llevar años y requiere hectáreas de ensayos replicados, además de la financiación federal para apoyar la investigación. Pero aprovechar los bancos de genes públicos y los datos compartidos, junto con las herramientas informáticas modernas, puede acelerar drásticamente el proceso.
Explorando la diversidad genética en los bancos de semillas
El mejorador de maíz Martin Bohn, profesor del Departamento de Ciencias de los Cultivos de la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y del Medio Ambiente de Illinois, dirigió un proyecto que exploró la composición del grano en casi 1.000 líneas endogámicas diversas de maíz de la Estación de Introducción de Plantas de la Región Central Norte del USDA-ARS en Ames, Iowa.
El estudio, «Los loci de heterogeneidad de media y varianza impactan los rasgos de composición del grano en el maíz», se publica en The Plant Genome .
La colección es parte del sistema nacional de bancos de semillas (incluidas dos importantes colecciones alojadas en Illinois) que representan miles de genotipos de cultivos de alta calidad a los que los investigadores pueden acceder gratuitamente.
Métodos innovadores para el análisis genético
Utilizando espectroscopia de infrarrojo cercano y datos genómicos disponibles públicamente, el equipo, que incluía al investigador universitario Stephen Gray, identificó regiones genéticas que influyen tanto en los valores promedio como en la variabilidad de los rasgos clave de la composición del grano.
«Los bancos de semillas contienen una increíble cantidad de diversidad genética, pero a menudo se infrautilizan para la genética cuantitativa y el mejoramiento», afirmó Bohn. «Nuestros resultados demuestran que estos recursos pueden utilizarse eficazmente para generar conocimientos genéticos significativos, incluso antes de iniciar experimentos de campo a gran escala y de varios años de duración».
Dado que las accesiones de bancos de semillas suelen estar disponibles sólo en pequeñas cantidades, a menudo como paquetes de 100 semillas de un solo genotipo, el estudio se basó en muestras de semillas no replicadas, una situación que tradicionalmente se considera una limitación importante en los estudios científicos.
Para abordar este desafío, los investigadores validaron sus hallazgos comparándolos con estudios de campo replicados a gran escala realizados por otros grupos de investigación. La fuerte concordancia entre los estudios confirmó que los datos no replicados capturaron señales genéticas reales.
Validación de hallazgos e implicaciones futuras
«Comparamos nuestras estimaciones con un enorme experimento de campo replicado por colegas en Minnesota que se superpuso con 200-300 de las líneas que usamos de la colección del NCRPIS», dijo Bohn.
«Descubrimos que la correlación entre sus datos del kernel y los nuestros era bastante alta, lo que nos dio la seguridad de que nuestros datos son realmente significativos y confiables».
El equipo aplicó estudios de asociación de todo el genoma, análisis genéticos basados en la varianza y modelos de predicción genómica para identificar regiones genómicas bien conocidas y no informadas previamente asociadas con rasgos de composición del grano.
«Muchas de las señales que encontramos se encontraban en regiones donde ya se habían identificado genes para los rasgos que nos interesaban (proteína, almidón, aceite y otros), lo que confirmó que nuestro análisis iba por buen camino», dijo Bohn. «Pero también encontramos señales nuevas. Esto es genial porque se trata de nuevos genes candidatos que podemos explorar más a fondo».
El hecho de que el estudio haya descubierto nuevos objetivos de reproducción es sólo una de las razones por las que Bohn y sus colegas están entusiasmados con la investigación.
Christopher Mujjabi, estudiante de doctorado y coautor del estudio, dijo que el trabajo destaca un cambio en cómo puede comenzar la investigación sobre mejoramiento.
«En lugar de comenzar con años de ensayos de campo replicados, los investigadores pueden explorar primero lo que ya está almacenado en los bancos de genes», dijo. «Eso ayuda a priorizar el material más prometedor y a que los programas de mejoramiento sean más eficientes».
Los hallazgos demuestran cómo las colecciones públicas de germoplasma, la fenotipificación de alto rendimiento y los datos compartidos pueden combinarse para acelerar el mejoramiento de los cultivos, en particular en lo que respecta a las características vinculadas a la nutrición, la calidad del procesamiento y los mercados especializados emergentes.
Bohn añadió: «Hemos desarrollado un sistema que permite a los investigadores utilizar los tesoros genéticos que se encuentran en nuestros bancos de genes. No siempre es necesario realizar un experimento elaborado como primer paso. Se puede tener una idea de lo que hay en esa colección, analizar a fondo los materiales realmente interesantes y luego utilizarlos para estudios posteriores».
Más información: Yasser MA Ismail et al., Los loci de heterogeneidad de media y varianza impactan los rasgos compositivos del grano de maíz, The Plant Genome (2025). DOI: 10.1002/tpg2.70131
Nota editorial:
Este artículo ha sido elaborado con fines divulgativos a partir de información pública y fuentes especializadas, adaptado al enfoque editorial del medio para facilitar su comprensión y contextualización.
