Vivimos en un mundo en constante cambio y crecimiento. Los climas cambiantes, las plagas emergentes y otros factores de estrés ambiental ejercen presión sobre los cultivos comerciales que alimentan y alimentan al mundo.
por Sarah Sharman, Instituto HudsonAlpha de Biotecnología
A medida que corremos para satisfacer la creciente demanda de cultivos alimentarios y de fibras sostenibles y de alta calidad, la genómica está emergiendo como una poderosa herramienta en la lucha. Al comprender los códigos genéticos de las plantas, los investigadores y mejoradores pueden desarrollar cultivos con mayor rendimiento, mayor resistencia a plagas y enfermedades y mayor adaptabilidad a los desafíos ambientales.
El mejoramiento genético basado en el genoma beneficia principalmente a los cultivos que cuentan con recursos genómicos de alta calidad, como el arroz y el trigo. Sin embargo, los cultivos con recursos genómicos menos maduros deben seguir dependiendo de los métodos de cultivo tradicionales, que a veces se ven afectados por la falta de diversidad genómica dentro de las poblaciones reproductoras.
El algodón, un cultivo comercial vital en todo el mundo, carece de recursos genómicos sólidos. La industria del algodón es un gran negocio, con un impacto económico global de 600 mil millones de dólares y que proporciona empleo a más de 250 millones de personas. La producción exitosa de algodón depende de variedades de algodón con características deseables como alto rendimiento , buena calidad de fibra, resistencia a plagas y enfermedades y tolerancia a la sequía.
“Los mejoradores de algodón han mejorado el rendimiento y la calidad de la fibra a lo largo de los años utilizando métodos de mejoramiento tradicionales”, dice Jeremy Schmutz, codirector del Centro de secuenciación del genoma HudsonAlpha, que ha estado trabajando en genómica del algodón durante más de una década. “Lograr mejoras adicionales puede resultarles difícil debido a la falta de variación genética en el algodón domesticado moderno. La creación de nuevas herramientas genómicas para la industria ayudará a llevar las mejoras del algodón al siguiente nivel”.
Los científicos del Centro de Secuenciación del Genoma (GSC) del Instituto HudsonAlpha de Biotecnología y otros colaboradores se propusieron crear secuencias genómicas de alta calidad para tres importantes variedades de algodón, proporcionando los recursos genómicos necesarios para los obtentores de algodón. Los resultados se publicaron recientemente en Nature Plants .
“La investigación del algodón se ha basado en gran medida en un genoma de referencia , ‘TM1’, una variedad de algodón que ya no se utiliza ampliamente en programas de mejoramiento”, dice Avinash Sreedasyam, Ph.D., primer autor del manuscrito. “Para que el mejoramiento molecular beneficie a la industria algodonera, deben existir muchos y variados genomas que representen la diversidad de variedades de algodón. Este estudio generó genomas de referencia de alta calidad para tres cultivares modernos de algodón americano (upland) y actualizó la genética del algodón ‘TM-1’. Referencia estándar.”
El análisis inicial de los nuevos genomas de referencia produjo información importante sobre la calidad de la fibra. Los ensamblajes del genoma completos y de alta precisión se utilizaron para identificar material genético del algodón Pima (conocido por su calidad superior de fibra) dentro de las variedades de algodón modernas. Se compararon pequeños segmentos de cada genoma tanto con Pima como con el genoma del algodón de referencia.
Los segmentos que coincidían más con Pima que con el algodón de referencia se clasificaron como posibles introgresiones, lo que sugiere que el ADN de Pima se había incorporado a la composición genética del algodón moderno. El conocimiento de estas introgresiones de Pima ayudará a los criadores a seleccionar de manera eficiente la progenie con estos marcadores genéticos vinculados a la calidad de la fibra en sus programas de mejoramiento.
“Aprovechar la secuenciación de paso bajo relativamente económica junto con estos genomas permite a los criadores seleccionar la progenie rápidamente”, dice Sreedasyam. “Esto no sólo ahorrará tiempo sino que también reducirá los costos asociados con el fenotipado tradicional de la fibra, un proceso laborioso que generalmente requiere de cientos a miles de muestras por ciclo de reproducción”.
Estos hallazgos resaltan la importancia de utilizar ensamblajes detallados del genoma para descubrir variaciones genéticas que puedan mejorar los programas de mejoramiento del algodón. Cuanto más se utilicen estos genomas nuevos y de alta calidad para estudios comparativos , más información surgirá sobre los rasgos económicamente importantes del algodón. Los recursos genómicos descritos en este estudio representan una valiosa adición al conjunto de herramientas de mejoramiento del algodón y cosecharán beneficios en los años venideros.
Los colaboradores de este proyecto incluyen a Don C. Jones, Cotton Incorporated, Carolina del Norte; Peng W. Chee, Universidad de Georgia, Tifton, GA; Warwick N. Stiller, CSIRO, Unidad de Investigación del Algodón, Australia; y Fred Bourland, Universidad de Arkansas, Keiser, AR.
Más información: Avinash Sreedasyam et al, Los recursos del genoma de tres líneas modernas de algodón guían los futuros esfuerzos de mejoramiento, Nature Plants (2024). DOI: 10.1038/s41477-024-01713-z
