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Estudio genómico revela cómo la manzana se originó en Asia y se extendió por el mundo

Hace siglos, las antiguas redes de la Ruta de la Seda facilitaron una apertura política y económica entre las naciones de Eurasia. Pero esta red también abrió vías para el intercambio genético que moldeó una de las frutas más populares del mundo: la manzana. A medida que los viajeros viajaban hacia el este y el oeste a lo largo de la Ruta de la Seda, intercambiando sus bienes e ideas, traían consigo semillas de manzanas, descartadas de la fruta más selecta que sacaban de los árboles silvestres. Esta selección temprana conduciría eventualmente a las 7.500 variedades de manzana que existen actualmente.           

Investigadores del Instituto Boyce Thompson (BTI) han estado trabajando arduamente para excavar los misterios de la historia evolutiva de la manzana, y un nuevo estudio publicado esta semana en Nature Communications revela sorprendentes conocimientos sobre el intercambio genético que nos trajo la manzana moderna domesticada (Malus domestica).

En colaboración con científicos de la Universidad de Cornell y la Universidad Agrícola de Shandong en China, los investigadores secuenciaron y compararon los genomas de 117 diversas accesiones de manzanas, incluyendo M. domestica y 23 especies silvestres de Norteamérica, Europa y Asia oriental y central.

Una historia de dos caminos

El resultado más emocionante de esta comparación genómica es un mapa completo de la historia evolutiva de la manzana. Estudios previos han demostrado que la manzana común, Malus domestica, surgió de la manzana silvestre de Asia central, Malus sieversii con contribuciones de otras manzanas silvestres a lo largo de la Ruta de la Seda, cuando fue llevada al oeste a Europa.

Con los resultados de este nuevo estudio, los investigadores pudieron ampliar el mapa con una mejor resolución. “Reducimos el origen de la manzana domesticada de Asia central muy amplia a la zona de Kazajstán al oeste de la montaña Tian Shan”, explicó Zhangjun Fei, profesor del BTI y autor principal de este estudio.

Además de señalar el origen de la manzana occidental, los autores se mostraron entusiasmados al descubrir que la primera manzana domesticada también había viajado hacia el este, cruzándose con manzanas silvestres locales en el camino, produciendo los antepasados ​​de las manzanas blandas de postre cultivadas en China actualmente.

“Hemos señalado dos grandes rutas evolutivas, al oeste y al este, a lo largo de la Ruta de la Seda, revelando los cambios de calidad de la fruta en cada paso a lo largo del camino”, resumió Fei.

Aunque la manzana silvestre M. sieversii crece al este de la montaña Tian Shan, en la región de Xinjiang de China, el ecotipo nunca se cultivó allí, y no contribuyó al híbrido domesticado del este. En cambio, ha permanecido aislada durante todos estos siglos, manteniendo un pozo de diversidad aún sin explotar por la selección humana. El primer autor Yang Bai comentó, “es una joya oculta para que los mejoradores de manzanas exploren más”.

El lado amargo (pero firme) de la historia

A medida que la manzana viajaba hacia el oeste a lo largo de la Ruta de la Seda en manos de los viajeros, los árboles crecían a partir de semillas caídas y se cruzaban con otras variedades de manzanas silvestres, incluyendo la manzana europea increíblemente agria (Malus sylvestris). La acidez de estas manzanas fue descrita una vez por Henry David Thoreau como, “bastante amarga como para poner los dientes de una ardilla en el borde y gritar.”

Los autores encontraron que M. sylvestris ha contribuido tan extensamente al genoma de la manzana que la manzana moderna es realmente más similar a la manzana silvestre amarga que a su antepasado Kazakhstani, M. sieversii.

“Para las especies ancestrales, Malus sieversii, las frutas son generalmente mucho más grandes que otras manzanas silvestres, también son suaves y tienen un sabor muy sencillo que a la gente no le gusta mucho”, comentó Bai.

La hibridación entre las antiguas manzanas cultivadas y M. sylvestris, seguida de una extensa selección humana, nos dio nuevas manzanas más grandes y de mayor sabor, y con una firmeza crujiente que les da una mayor vida útil.

Bai explicó: “Las manzanas domesticadas modernas tienen un contenido más alto y equilibrado de azúcar y ácidos orgánicos, así es como la manzana comenzó a ser una fruta popular y favorecida”.

Variedades modernas de manzanas cultivadas

Un gran descubrimiento con gran potencial

Un nuevo sabor y textura puede haber puesto a la manzana en nuestros pasteles, pero el tamaño importa mucho. En el mejoramiento de cultivos, uno de los rasgos más deseables seleccionados es fruta o semilla más grande. En casi todos los casos de domesticación de frutas, el antepasado silvestre tiene frutos diminutos que fueron moldeados hacia su gran y nutritiva contraparte cultivada a través de siglos de selección. Por ejemplo, el tomate domesticado es al menos 100 veces más grande que sus parientes silvestres.

“Este no es el caso de la manzana, su domesticación comenzó con una fruta de tamaño medio a grande”, afirmó Bai. “Tiene un gran potencial para ampliar aún más el tamaño de la fruta en los programas de mejoramiento”.

Al comparar los diferentes genomas de la manzana, los investigadores fueron capaces de encontrar pruebas que apoyan dos pasos evolutivos diferentes que contribuyen al aumento de tamaño de la manzana: uno antes y otro después de la domesticación.

El gran tamaño de Malus sieversii en comparación con otras manzanas silvestres le dio una gran ventaja para la domesticación. Ya había evolucionado a un tamaño adecuado antes de que incluso se cultivara, lo que probablemente la hizo más atractiva para los productores que entonces no tendrían que realizar mucho esfuerzo para seleccionar las frutas más grandes.

Tal falta de selección de tamaño también significa que los genes responsables del aumento del tamaño todavía conservan una variabilidad que mantiene el potencial para la selección futura. Pero también puede dificultar la identificación de los genes asociados al tamaño. A pesar de ello, la extensa amplitud del nuevo estudio permitió a los investigadores identificar varios marcadores genéticos subyacentes a los aumentos de tamaño de la fruta, lo que es una gran noticia para los mejoradores que podrían querer aumentar aún más la circunferencia de la manzana.

La manzana (genoma) cae lejos del árbol

Mientras que los consumidores pueden pedir mejores manzanas, los mejoradores se encuentran con dificultad cuando se trata de pulir los rasgos de manzana. Un problema importante es que la manzana no puede auto-polinizarse. Sólo se puede cruzar con otras variedades, introduciendo demasiada variabilidad genética en cada generación. Mientras que el cambio genético es necesario para ajustar un rasgo de interés, demasiado cambio lo ajustará o modificará todo. Combinado con los varios años para pasar desde la semilla de manzana hasta la fruta, esto hace al mejoramiento de sus rasgos deseados un desafío.

“Las regiones genómicas y los genes candidatos bajo selección humana para un determinado rasgo identificado en este estudio será muy útil e inspirador para los mejoradores que trabajan en el mismo rasgo”, afirmó Fei, quien espera que los resultados de este estudio “mejoren la velocidad y precisión de la ‘selección asistida por marcadores’ en la manzana”.

Ahora, con una extensa y diversa colección de genomas de manzana representativos, y análisis minuciosos y cuidadosos, han permitido al grupo de Fei distinguir importantes marcadores genéticos que ayudarán en gran medida a los mejoradores en su búsqueda de mejores manzanas, ya sea para resistencia a enfermedades, vida útil, gusto o incluso el tamaño.

Cuando se le preguntó qué tan grande cree que una manzana podría llegar a ser mediante el mejoramiento genético, Bai respondió con un brillo en su ojo, “Bueno, en mi imaginación salvaje, tal vez un día pueda ser tan grande como una sandía”.

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