Agricultura Botánica y Genética Brasil

Nueva herramienta facilita el mapeo genético de plantas poliploides


Un innovador sistema de mapeo genético para especies de poliploides promete facilitar el trabajo de científicos y fitomejoradores que usan la genómica para desarrollar variedades que sean más productivas y resistentes a enfermedades o sequías. 


por Janaina Simões, FAPESP


Los poliploides son organismos con más de dos conjuntos de cromosomas. Muchas especies de plantas de valor económico, como la papa, el trigo, el algodón y la caña de azúcar, son poliploides.

La investigación se realizó en el Colegio de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (ESALQ-USP) en Piracicaba, Estado de São Paulo (Brasil), con el apoyo de la Fundación de Investigación de São Paulo (FAPESP). Los resultados han sido publicados en la revista G3: Genes, Genomes, Genetics .

El paquete de software de código abierto se llama MAPpoly y se puede descargar de forma gratuita desde Internet.

Hasta la fecha, solo se dispone de sistemas para el mapeo genético de especies diploides (2n) o poliploides simples (4n) (n se refiere al número de cromosomas únicos en cada célula). Para los poliploides complejos (Xn, copias múltiples), hay muchas más combinaciones posibles de cromosomas, y el proceso de mapeo es mucho más difícil de realizar.

Muchos cultivos han sido mejorados genéticamente y son poliploides. La batata (Ipomoea batatas), por ejemplo, es hexaploide (6n, con seis copias de cada cromosoma). Las variedades de caña de azúcar (Saccharum spp.) Cultivadas por productores de azúcar y etanol en Brasil y en otros lugares se encuentran entre 6n y 14n, lo que las convierte en un desafío desalentador desde el punto de vista de la investigación genética.

Encontrar una manera de mapear la genética de plantas tan complejas fue el foco de investigación inicial para Marcelo Mollinari, actualmente becario postdoctoral en la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Raleigh (EE. UU.). Desarrolló gran parte de su sistema mientras realizaba investigaciones posdoctorales bajo la supervisión de Antonio Augusto Franco García, profesor del Departamento de Genética de ESALQ-USP, y con una beca de la FAPESP.

«Utilizando el conocimiento y las herramientas de la genética estadística, el estudio dio como resultado un método novedoso que resuelve con firmeza este desafío», dijo Mollinari, quien anteriormente ganó una beca de la FAPESP para una pasantía de investigación en la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana (EE. UU.).

El estudio también recibió fondos del Programa de Investigación de Bioenergía FAPESP (BIOEN) para el proyecto «Mejora genómica de la caña de azúcar: uso de marcadores moleculares para comprender la arquitectura genética de los rasgos cuantitativos e implementar la selección asistida por marcadores», para lo cual el investigador principal fue Anete Pereira de Souza, investigadora del Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética de la Universidad de Campinas (CBMEG-UNICAMP) en el estado de São Paulo.

Información más precisa

Mollinari ha estado estudiando el desarrollo de sistemas de mapeo genético poliploide desde la investigación de su maestro, inicialmente para la caña de azúcar. Un sistema específicamente diseñado para mapear poliploides complejos no estaba disponible hasta ahora. Los científicos y los fitomejoradores utilizaron sistemas diseñados para mapear organismos diploides. Tuvieron que adaptar las herramientas para el análisis estadístico a organismos más complejos, y el mapeo fue impreciso como resultado.

«Cuando recibimos los datos, es difícil entender lo que sucede en ciertos puntos del cromosoma. Puede haber muchas combinaciones y la información es vaga», dijo Mollinari.

Para superar esta dificultad, Mollinari recurrió a la técnica estadística conocida como modelado oculto de Markov. «Nuestro cerebro puede leer palabras completas incluso si faltan letras o están intercaladas con números. Los modelos de Markov hacen lo mismo: en lugar de mirar posiciones específicas, uno mira los cromosomas en su conjunto y completa las posiciones para obtener una vista completa de posiciones de los cromosomas en el genoma «, explicó.

Después de desarrollar los algoritmos, Mollinari realizó simulaciones para probar la plataforma. Uno implicaba mapear dos variedades de papa (Atlantic y B1829-5) que ya habían sido mapeadas usando métodos desarrollados para diploides. Comparó los resultados de estas simulaciones con los mapas existentes para validar su sistema. También realizó una simulación comparativa con software holandés adaptado para poliploides.

El nuevo sistema puede usarse para mapear los genes de varios poliploides, como forrajes, kiwi y arándanos, así como la caña de azúcar. Los investigadores afiliados a al menos siete instituciones están utilizando la plataforma de Mollinari para analizar estas especies.

«BIOEN fue la motivación inicial para el proyecto, que luego se expandió para cubrir mucho más que el mapeo genético de la caña de azúcar», dijo García. El nuevo método también se está utilizando en estudios de plantas forrajeras cultivadas en Brasil.

A nivel mundial, la aplicación más reciente se encuentra en la propia investigación de Mollinari en los EE. UU., Donde participa en un proyecto para desarrollar herramientas genómicas para la cría de batata financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates con el objetivo de apoyar a los productores de este cultivo alimentario en Africa Sub-sahariana.

La mejora genética requiere verificar cómo cada cromosoma fue heredado por la descendencia de los cruces. Esto se puede hacer con MAPpoly, y junto con el mapeo de fenotipos, los mejoradores podrán desarrollar variedades más rápido y de manera más eficiente.

«Es una herramienta que facilita el trabajo realizado por los obtentores y nunca puede reemplazarlos. Tienen el conocimiento profundo de los rasgos y la experiencia para seleccionar los rasgos necesarios para desarrollar nuevas variedades», dijo Mollinari.


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