Una nueva aplicación informática (aplicación) de los científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) podría acelerar la búsqueda de genes que sustentan rasgos importantes de los cultivos, como el alto rendimiento, la calidad de la semilla y la resistencia a plagas, enfermedades o condiciones ambientales adversas.

por Jan Suszkiw, Servicio de Investigación Agrícola

Conocida como la herramienta Pathway Association Studies Tool (PAST), la aplicación permite a los usuarios aprovechar los resultados de los estudios de asociación del genoma (GWAS) de los cultivos. GWAS toma una especie de vista panorámica del genoma de una planta de cultivo para regiones marcadoras llamadas polimorfismos de un solo nucleótido (SNP). Encontrar marcadores SNP cerca del gen o genes que codifican un rasgo deseado puede marcar el paradero genómico de esos genes, y también ayudar a los fitomejoradores a seguir la herencia y la expresión del rasgo. Esto hace que sea más fácil seleccionar plantas que tengan el rasgo deseado y desarrollar nuevas variedades de élite para los productores.

Sin embargo, el uso de GWAS de un umbral estadístico significa que solo se identifican los marcadores con las asociaciones de genes más fuertes, señaló Marilyn Warburton, genetista de la Unidad de Investigación de Resistencia de la Planta Anfitriona de Maíz (CHPRRU) del ARS en el estado de Mississippi, Mississippi. Esto puede cegar a los investigadores a la presencia de otros marcadores genéticos que caen por debajo del umbral, pero no son menos significativos para sus estudios, agregó.

PASADO recupera la holgura al dar un paso adicional conocido como análisis de la vía metabólica. Este paso adicional no solo encuentra marcadores interesantes que GWAS pierde; también revela información biológica importante sobre sus genes asociados y cómo cada uno contribuye al ensamblaje bioquímico de un rasgo, función o respuesta de la planta, independientemente de la especie de cultivo.

Gusanos de maíz comiendo maíz en la mazorca. PAST se ha utilizado para identificar genes de maíz para resistencia contra esta plaga. Crédito: Gerald Matthews
El equipo de Warburton publicó un artículo que describe PAST en la edición de enero de 2020 de la revista Plants y publicó un anuncio sobre la aplicación en su cuenta de LinkedIn, que ha recibido 5.500 visitas hasta la fecha. Alrededor de 900 usuarios de todo el mundo han descargado la aplicación hasta el momento, y Warburton espera una mayor conciencia de ello después del lanzamiento del 12 de marzo en el sitio web MaizeGDB, una base de datos con amplia información genómica y genética sobre el maíz (maíz).

En su propia investigación, el uso de Warburton de GWAS y PAST ya ha llevado a la identificación de genes en las plantas de maíz para la resistencia al gusano del maíz (una plaga de oruga) y Aspergillus flavus, un moho verdoso que produce un carcinógeno llamado aflatoxina. Sin control, los gusanos de maíz se alimentan de las sedas y granos de la planta de maíz, causando daños que fomentan el crecimiento de Aspergillus y la contaminación por aflatoxinas.

Por ley federal, el maíz u otros granos con niveles de aflatoxinas que excedan las 20 partes por billón no pueden venderse para consumo humano , y el uso de granos para la alimentación animal está restringido. En los Estados Unidos, los brotes de mohos Aspergillus que producen el carcinógeno causan más de $ 200 millones anuales en pérdidas económicas para el maíz y $ 300 millones para el maní y otros cultivos combinados. La investigación de Warburton es parte de un esfuerzo más amplio en CHPRRU junto con los colaboradores de la Universidad Estatal de Mississippi (MSU) para prevenir la aflatoxina en múltiples frentes, con las plantaciones de variedades de maíz resistentes como defensa clave.

Ella le dio crédito a Adam Thrash (estudiante de posgrado de MSU), Daniel Peterson (facultad de MSU), Mason Deornellis (estudiante de MSU) y Juliet Tang (un postdoctorado de ARS, ahora científico del Servicio Forestal) con la asistencia en el desarrollo, prueba y lanzamiento de PAST .

Warburton espera que la facilidad de uso y la versatilidad de la aplicación también puedan reforzar los estudios GWAS de animales e incluso humanos, en los que la identificación de genes vinculados a enfermedades hereditarias puede conducir a medicamentos personalizados para tratar estas enfermedades.

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