Con el cambio climático y la mayor frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos, los investigadores predicen que la producción mundial de cultivos importantes como el maíz, el arroz y la soja podría disminuir entre un 12 % y un 20 % para finales de siglo.
por la Universidad de Hiroshima
Para prepararse, los científicos especializados en plantas esperan encontrar maneras de mejorar la producción y cultivar variedades más resistentes de estos cultivos.
Nuevos conocimientos sobre la composición genética de variedades silvestres de cultivos comunes muestran cómo la domesticación ha modificado las características de los cultivos a lo largo del tiempo y proponen un nuevo método de cultivo para mejorar la diversidad genética. La investigación se publicó en un artículo en Life .
«Si bien las especies domesticadas fueron originalmente criadas mediante el cultivo de especies silvestres, la reducción resultante en la diversidad genética puede dañar a todos los individuos al exponerlos a enfermedades y estrés ambiental «, dijo Hidemasa Bono, profesor de la Escuela de Posgrado de Ciencias Integradas para la Vida de la Universidad de Hiroshima en Hiroshima, Japón.
Para resolver este problema, nos propusimos identificar las diferencias en los rasgos de los cultivos entre parientes silvestres y especies domesticadas, y contribuir a la selección de nuevos genes candidatos para el mejoramiento genético. La introducción de rasgos útiles, especialmente los encontrados en parientes silvestres, podría brindar pistas para el desarrollo de nuevas variedades útiles.
Los investigadores utilizaron datos de secuenciación de ARN de bases de datos públicas, como la Base de Datos de Expresión Génica del Centro Nacional de Información Biotecnológica y estudios publicados en línea. Se centraron en cultivos con parientes silvestres que contaban con datos de secuenciación de ARN ampliamente disponibles: tomate, arroz y soja.
Los datos de expresión génica de las variedades silvestres se compararon con los de las variedades domesticadas. Para evaluar los datos, los investigadores clasificaron todos los genes en tres grupos: sobreexpresados, sin cambios y desexpresados.
Al comprender la comparación de la expresión genética entre las variedades silvestres y las variedades domesticadas, los investigadores podrían comprender las diferencias en cómo las plantas responden a los factores estresantes.
«Los parientes silvestres tienen una alta tolerancia al estrés ambiental y el potencial de responder al cambio climático y a los cambios severos en el medio ambiente natural, lo que ha sido un problema en los últimos años», dijo Bono.
Los investigadores encontraron 18 genes sobreexpresados en los parientes silvestres y 36 genes sobreexpresados en las especies domesticadas. Se descubrió que las especies silvestres tenían genes relacionados con la respuesta al estrés ambiental, mientras que las especies domesticadas tenían más genes relacionados con la regulación hormonal, la exportación y la desintoxicación de compuestos químicos. Por ejemplo, un gen llamado HKT1 afecta la respuesta al estrés salino, y se descubrió que la tolerancia a la sal estaba sobreexpresada en las variedades silvestres.
Esta podría ser una oportunidad para desarrollar cultivos que puedan crecer en suelos con mayor salinidad. Los investigadores también encontraron genes sobreexpresados en variedades silvestres que contribuyeron al estrés hídrico (RD22), al estrés hídrico (HB-12), al desarrollo foliar y a la promoción de la fotosíntesis (HB-7), y a la respuesta al estrés osmótico y la señalización de heridas (MYB102).
En plantas domesticadas, los investigadores también encontraron genes beneficiosos que se sobreexpresaron en comparación con las variedades silvestres. Varios genes ayudan a desintoxicar las plantas y a eliminar las sustancias químicas presentes en el suelo.
Un gen (ALF5) mejora la resistencia de la planta al tetrametilamonio, y otro (DTX1) gestiona el cadmio y los compuestos tóxicos. Estos genes, junto con otros, pueden ayudar a las plantas a crecer en suelos contaminados con sustancias químicas. Los investigadores sospechan que esto podría haberse vuelto beneficioso para las plantas debido al aumento en el uso de pesticidas y fertilizantes químicos.
Las tres especies silvestres utilizadas en este análisis (arroz, tomate y soja) compartían altos niveles de expresión de genes que contribuyen a las respuestas al estrés, como la sequía, la presión osmótica y el estrés por heridas. Estos altos niveles de expresión de genes que contribuyen a la tolerancia al estrés, que comparten estas tres especies menos relacionadas, sugieren que es probable que las especies silvestres de otras especies también posean rasgos útiles, afirmó Bono.
De cara al futuro, los investigadores esperan aprender aún más sobre estas diferencias esenciales entre los parientes silvestres y las especies domesticadas para mejorar la reproducción.
«Además, nos gustaría recopilar y reanalizar los datos utilizados en la investigación sobre mejoramiento de cultivos para construir una base de datos que contribuya a la promoción del mejoramiento digital de cultivos», dijo Bono.
Más información: Makoto Yumiya et al., Metaanálisis de parientes silvestres y especies domesticadas de arroz, tomate y soja utilizando datos de transcriptoma disponibles públicamente, Life (2025). DOI: 10.3390/life15071088
