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Maíz europeo y americano: lo mismo pero diferente


Investigadores alemanes decodificaron el genoma europeo del maíz. En comparación con las líneas de maíz de América del Norte, descubrieron variaciones que subyacen a las diferencias fenotípicas y que también pueden contribuir al efecto de la heterosis.


por el Centro Alemán de Investigación para la Salud Ambiental


Una mejor comprensión del efecto podría afectar la reproducción para obtener mayores rendimientos. Para el cultivo de maíz en áreas con bajos rendimientos y para los desafíos impuestos por el cambio climático, estas observaciones pueden ser de particular importancia.

El genoma del maíz cuenta una historia intrigante sobre la domesticación y la configuración del genoma por selección humana. Hace unos 10.000 años, los nativos americanos comenzaron a domesticar el maíz en lo que hoy es México. Crearon la base para una de las fuentes de alimentos más importantes de la actualidad tanto para humanos como para ganado. Después del descubrimiento del «nuevo mundo» por Colón, el maíz fue traído de América a Europa. El maíz se adaptó a los nuevos regímenes de crecimiento y clima a través de la selección y reproducción dirigida y finalmente se extendió por todo el mundo.

Debido a su historia, las líneas de maíz actuales no solo difieren en apariencia, sino que su genoma contiene muchas diferencias (presencia y ausencia de genes, así como variaciones estructurales). En 2009, los investigadores decodificaron el genoma de la accesión de maíz norteamericana B73. Sin embargo, esta secuencia de referencia solo cubre una pequeña parte del genoma global del maíz (pangenoma) y tiene un uso limitado como punto de referencia para las líneas europeas. Para mejorar el mejoramiento del maíz y adaptarse al cambio climático , se necesita una investigación básica sobre el genoma de otras líneas de maíz.

Genoma europeo del maíz descodificado por primera vez

Los investigadores alemanes ahora lograron decodificar el genoma europeo del maíz . Analizaron cuatro líneas europeas diferentes de maíz utilizando tecnologías modernas de secuenciación y enfoques bioinformáticos. En comparación con dos líneas de América del Norte, encontraron diferencias significativas en el contenido genético y la estructura del genoma de estas líneas, después de unos pocos cientos a mil años de separación genética solamente.

Además, las denominadas regiones de «perilla» (regiones de cromatina condensada en el ADN del maíz) varían sustancialmente en esas líneas de maíz. Se sabe que las regiones de perilla afectan genes adyacentes. En áreas donde las perillas tienden a ser más pronunciadas, los genes circundantes no se pueden leer. Esto da como resultado una pérdida de la función genética.

Causa potencial de heterosis

«Presumimos que las diferencias en el contenido genético, la regulación génica y la influencia de las regiones de perillas podrían causar el efecto de la heterosis», dice el profesor Klaus Mayer, genomicista de Helmholtz Zentrum München y profesor honorario de la Facultad de Ciencias de la Vida TUM de la Universidad Técnica de Munich. .

La heterosis ocurre cuando los descendientes de cruces son significativamente más grandes y producen mayores rendimientos que sus padres. Si genes específicos de una generación parental, por ejemplo, aquellos que determinan la altura de la planta de maíz, no están presentes en una determinada región o no se pueden leer, esto afectará también la altura de la descendencia. A través del cruce con una planta que contiene el factor genético necesario, el defecto puede compensarse en la próxima generación. «Esto da como resultado plantas más grandes con mayores rendimientos, sin que los padres muestren estas características. En algunos cruces, este efecto puede incluso duplicar el rendimiento. Aunque se ha explotado en la reproducción durante mucho tiempo, la base genética y molecular de la heterosis aún no se entiende completamente «, dice el profesor Chris-Carolin Schön, profesor de fitomejoramiento en TUM.

«En el próximo paso, probaremos nuestra hipótesis. Con este fin, no solo analizaremos los genomas de las diferentes líneas de maíz, sino que nos centraremos en los posibles procesos epigenéticos que pueden afectar la funcionalidad de genes particulares», agrega Klaus Mayer.

Si la hipótesis de los investigadores es correcta, la heterosis podría aplicarse aún más eficazmente en el futuro mejoramiento de maíz . Las áreas con bajos rendimientos podrían beneficiarse de la heterosis. Además, estos hallazgos podrían volverse altamente relevantes en vista de la creciente población mundial y el cambio climático, lo que plantea desafíos cada vez mayores para la producción agrícola.

El estudio se publica en Nature Genetics .


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