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Más de 100 000 genes: científica del CIMMYT habla sobre el nuevo mapa del genoma del trigo

August 31, 2018

Después de 13 años de investigación, un equipo internacional de más de 200 científicos descifró recientemente el genoma completo del trigo harinero, publicado en la revista Science. Este es un avance científico significativo, considerando que el trigo tiene cinco veces más ADN que los humanos. La secuencia completa proporciona a los investigadores un mapa de la ubicación de más de 100 000 genes que, según los expertos, ayudarán a acelerar el desarrollo de nuevas variedades de trigo.

Philomin Juliana, becaria postdoctoral en mejoramiento de trigo en el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) habla sobre la importancia del nuevo mapa para el centro, cuyas figuras genéticas en los pedigríes de variedades de trigo son cultivadas en más de 100 millones de hectáreas en todo el mundo.

¿Ya se está usando este recurso? ¿De qué manera?

Hemos anclado los datos del marcador de genotipado por secuenciación (GBS por sus siglas en inglés) para aproximadamente 46 000 líneas de trigo en el primer año de pruebas de rendimiento (2013-2018) del CIMMYT al nuevo ensamblaje del genoma del trigo harinero del Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma de Trigo (IWGSC por sus siglas en inglés), secuencia de referencia (RefSeq v1.0), con una tasa de alineación general del 64%. Esto ha proporcionado información valiosa sobre la ubicación de las principales regiones del genoma asociadas con el rendimiento del grano, la resistencia a enfermedades, los rasgos agronómicos y la calidad en el germoplasma de trigo del CIMMYT, identificado a partir de los estudios de mapeo de asociación del genoma completo.

También hemos utilizado la nueva secuencia de referencia para entender el impacto de las densidades de marcadores y la cobertura genómica en la predictibilidad genómica de los rasgos y hemos logrado una mejor comprensión de las contribuciones de diversas regiones cromosómicas (distal, proximal e intersticial) hacia diferentes fenotipos.

¿Cómo ayudará el uso de la nueva secuencia de referencia del trigo al CIMMYT y sus socios para desarrollar trigo mejorado para los caracteres de interés?

¡Hay tantas formas en que podemos usar esta nueva herramienta! Proporciona información valiosa sobre la genética de los rasgos y la genómica en el trigo harinero. Nos ayudará a identificar rápidamente los genes candidatos asociados con los rasgos de interés y, a su vez, clonarlos. También podremos diseñar estrategias de mejoramiento molecular, hacer introgresión y seleccionar con precisión las regiones objetivo del genoma.

De manera más general, la secuencia de referencia ya tiene un rango de marcadores anclados, entre ellos, repeticiones de secuencia simples (SSR en inglés), marcadores de diversidad de tecnologías (DarT en inglés) y polimorfismos de nucleótido único (SNP en inglés), lo que facilitará las comparaciones entre los estudios de mapeo, el desarrollo rápido y la validación de nuevos marcadores de utilidad.

También ayudará a aplicar herramientas como la edición genómica para obtener los fenotipos deseados y nos permitirá caracterizar mejor la diversidad genética en el trigo del CIMMYT, identificar genes útiles en líneas parentales clave del CIMMYT e interconectarlas rápidamente en líneas de mejoramiento.

Con la información anotada del genoma completo, los mejoradores pueden diseñar entrecruzamiento directamente en combinaciones deseadas de regiones genómicas o predecir el resultado de entrecruzamiento que implique combinaciones de genes.

Definitivamente acelerará las pruebas de variedades en países socios a través de cribas moleculares rápidas y precisas para la presencia de genes deseados, en lugar de tener que realizar múltiples generaciones de pruebas de campo.

Finalmente, nos ayudará a detectar las diferencias a nivel molecular entre las variedades del CIMMYT desarrolladas en diferentes países.

¿Qué características están siendo focalizadas por el CIMMYT y sus socios?

Estamos utilizando la nueva secuencia de referencia para comprender mejor las bases moleculares del rendimiento de grano, la tolerancia al calor y a la sequía, la resistencia a la roya del tallo, el tiempo de floración, la madurez, la altura de la planta, la proteína de la harina y del grano, y otros rasgos de calidad.

Philomin Juliana

Juliana obtuvo su postdoctorado en Fitomejoramiento y Genética en la Universidad Cornell en 2016 y se benefició de una beca Beachell-Borlaug de Monsanto. Su trabajo en el CIMMYT busca identificar las bases genéticas de rasgos clave en el germoplasma de trigo del CIMMYT y evaluar el genotipado y fenotipificación de alto rendimiento para aumentar la tasa de ganancia genética del rendimiento en el trigo harinero. Trabaja en colaboración con el proyecto de Cumplimiento de Ganancia Genética en el Trigo (DGGW por sus siglas en inglés), dirigido por la Universidad Cornell; Jesse Poland, del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA); y la Universidad Estatal de Kansas. Su investigación también forma parte del proyecto Feed the Future de USAID.