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Los patrones en los datos de cultivos revelan una nueva visión sobre las plantas y sus entornos


Un estudio publicado recientemente dirigido por científicos de la Universidad Estatal de Iowa aplicó una nueva perspectiva a grandes cantidades de datos sobre plantas de arroz para encontrar mejores formas de predecir el rendimiento de la planta y nuevas ideas sobre cómo las plantas se adaptan a diferentes entornos.


por Fred Love, Universidad Estatal de Iowa


El estudio, publicado en la revista académica Genome Research , descubrió patrones en conjuntos de datos recolectados en plantas de arroz en Asia, dijo Jianming Yu, profesor de agronomía y presidente distinguido pionero en mejoramiento de maíz. Esos patrones permitieron a los investigadores desarrollar una matriz para ayudarlos a predecir los rasgos de las plantas de arroz en función de su genética y el entorno en el que crecen. La investigación podría mejorar la capacidad de los agricultores para predecir cómo se desempeñarán las variedades de cultivos en diversos entornos, dando a los productores una mejor sensación de estabilidad y minimizando el riesgo, dijo Yu.

«Los rasgos de un organismo están determinados por una combinación de su genoma, su entorno y circunstancias únicas de ese organismo», dijo Tingting Guo, el primer autor del artículo y científico investigador en agronomía. «Todos estos son factores complejos. Estamos tratando de ver cómo obtener una comprensión más profunda del proceso para poder avanzar en la pirámide de datos: información, conocimiento y sabiduría. Predecir con precisión los rasgos es una extensión natural de la aplicación de esa sabiduría «.

El estudio analizó datos de 174 plantas de arroz cultivadas en nueve ambientes diferentes en toda Asia. Los investigadores analizaron el conjunto de datos utilizando métodos que habían desarrollado previamente para el sorgo y descubrieron que las temperaturas tempranas en el crecimiento de las plantas juegan un papel importante en la determinación del tiempo que las plantas de arroz florecen, llamado tiempo de floración. Junto con los datos genómicos, los investigadores utilizaron esta observación para desarrollar un índice del perfil de temperatura entre nueve y 50 días después de la siembra para predecir el tiempo de floración.

El análisis puede aplicarse a otros cultivos.

Los hallazgos del estudio dependen de la capacidad de los investigadores para aplicar técnicas de análisis innovadoras a grandes conjuntos de datos disponibles anteriormente, en lugar de generar nuevos datos.

«Nuestro punto de partida fueron los datos que ya existían», dijo Xianran Li, profesor adjunto asociado. «Pero pasamos nuestro tiempo extrayendo nueva información de esos datos y dando el siguiente paso crítico para explorar la conexión con un conjunto de datos mucho más grande».

El análisis también encontró patrones en la distribución geográfica de ciertos haplotipos genéticos del arroz, o conjuntos de combinaciones de ADN que tienden a heredarse juntas, entre aproximadamente 3,000 plantas de arroz diversas. Estos patrones geográficos revelaron una adaptación preferencial a diferentes zonas de temperatura, dijo Guo. Según el estudio, las regiones con temperaturas más bajas estaban dominadas por haplotipos sensibles a los cambios de temperatura, mientras que la región ecuatorial tenía una mayoría de haplotipos que respondían menos a la temperatura.

Yu y sus colegas han aplicado sus métodos de análisis de datos a las plantas de sorgo y arroz, y dijo que enfoques similares también deberían aplicarse al maíz y la soya.

La pregunta fundamental que motiva la investigación es cómo la compleja interacción genotipo-ambiente genera variaciones fenotípicas, dijo Yu. El equipo propuso un modelo conceptual para conectar gen y entorno juntos.

«Es hora de traer el contexto ambiental inseparable a la forma en que definimos los efectos de los genes y las redes de genes. Este modelo cierra las brechas entre varias investigaciones en descubrimiento de genes individuales, plasticidad fenotípica a nivel de campo y diversidad y adaptación genómica», dijo Yu . «Creemos que este modelo conceptual también sirve como un marco amplio para impulsar el fitomejoramiento».


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