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El genoma de un cultivo antiguo puede ayudar a incrementar la producción de alimentos

James Schnable, de la Universidad de Nebraska, ha ayudado a secuenciar casi todo el catálogo genético del mijo Proso. Los conocimientos genéticos resultantes podrían ayudar a elevar los rendimientos del cultivo resistente a la sequía en el territorio de Nebraska y las regiones infértiles que probablemente enfrentarán escasez de alimentos en las próximas décadas. (Ilustración de Nature Communications/James Schnable/Scott Schrage.)

La humanidad finalmente ha llegado a conocer uno de sus cultivos más antiguos y más resistentes a nivel genético.

Un equipo internacional ha secuenciado y mapeado el genoma del mijo proso, una hazaña esencial que permitiría aumentar los rendimientos de los cultivos resistentes a la sequía, especialmente en las regiones semiáridas donde el aumento poblacional predice una futura escasez de alimentos.

Debido a que los cultivos de mijo pueden crecer en medio de suelos infértiles y producir alimentos con menos agua que cualquier otro grano, varios de ellos se han hecho populares entre los agricultores de subsistencia en franjas cada vez más calientes y más secas de África y Asia. Pero los rendimientos relativamente bajos de los cultivos, combinados con características que los hacen difíciles de cosechar, han limitado su viabilidad como alimento básico, pienso animal o combustible.

Para otorgar mayor información a los esfuerzos futuros de mejoramiento y modificación genética, James Schnable y sus colegas de la Universidad de Nebraska-Lincoln recientemente secuenciaron más del 90% del código genético del mijo proso, una especie que se cultiva principalmente en las Grandes Llanuras estadounidenses, el norte de China y partes de Europa. .

La capacidad de identificar la ubicación, la composición y el tamaño de los genes de la especie debería ayudar a los investigadores a mejorar sus características, al mismo tiempo que los adapta a los climas de todo el mundo, dijo Schnable.

“Hay un potencial para cultivarlo en una escala mucho mayor y tomar una porción significativa de la cantidad de grano adicional que necesitamos para satisfacer la demanda de alimentos, pienso y etanol”, dijo Schnable, profesor asistente de agronomía y horticultura. “Si nos fijamos en el mijo proso (su rendimiento), estamos donde estaba el maíz en la década de 1930. Pero (desde entonces) hemos aprendido mucho… creemos que podemos aplicarlo al mijo proso”.

“Es algo así como cuando has estado empujando una roca muy pesada en una colina, y ahora alguien quiere que empujes una caja de cartón en esa colina. Has construido todos estos músculos, y ahora puedes ir realmente, muy rápido “.

Al permitir que los investigadores vinculen más fácilmente los genes con características relevantes para el rendimiento y la cosecha, el genoma debería calibrar las predicciones de qué variedades de mijo proso se desempeñarán mejor en el campo, dijo Schnable. Eso, a su vez, acelerará el ritmo al que se pueden desarrollar y sacar nuevas variedades para los agricultores en el campo.

“El verdadero cuello de botella está evaluando el campo”, dijo. “Ahora podemos construir modelos estadísticos y solo seleccionar las variedades que, al menos, se espera que sean bastante buenas antes de enviarlas al campo. Podemos pasar de un ciclo (de mejoramiento clásico) que puede ser de 10 a 12 años a uno que puede ser de seis o siete años “.

Ensanchar ese cuello de botella también podría ampliar los márgenes de ganancias para los agricultores y productores de Nebraska, dijo Dipak Santra, profesor asociado en el Centro de Investigación y Extensión Panhandle de la universidad.

“Esto tendrá un enorme impacto potencial en la economía rural de la región”, dijo Santra, el único fitomejorador del sector público de la especie en el hemisferio occidental. “El valor directo del mijo Proso (en el oeste de Nebraska y el este de Colorado) es de US$45 millones por año, pero considerando sus beneficios para los sistemas de producción de tierras secas, su valor total para la economía de la región podría ser más cercano a mil millones de dólares”.

Los agricultores en el Panhandle ya cultivan mijo proso como cultivo de cobertura para restaurar los nutrientes del suelo para sus cultivos comerciales. El desarrollo de variedades que maduran y se secan en líneas de tiempo más consistentes, lo que racionalizaría la cosecha, se ubica como una de las pocas mejoras a corto plazo que se podrían obtener para que el proso mijo sea un cultivo más viable económicamente, dijo Schnable.

“Creo que eso es posible en los próximos cinco a diez años”, dijo. “Se puede cosechar y plantar con el mismo equipo utilizado para el trigo. Estos tipos ya están cultivando trigo en esta región, por lo que realmente no es un cambio importante para ellos cambiar si desean cultivar mijo proso ya sea en rotación o en tierra donde no hay suficiente agua incluso para el trigo.

“Y si obtenemos más productividad, eso hace que la tierra sea más valiosa. Eso significa que habrá más ingresos fiscales en nuestras escuelas y ciudades locales y todo eso. Si puedes cultivar más alimentos en la misma tierra, eso es bueno para todos “.

Una cabeza de mijo proso, que actualmente se siembra como cultivo de cobertura en el oeste de Nebraska y el este de Colorado. (Imagen: Santosh Rajput.)

Descifrando el código genético

La secuenciación del genoma del mijo proso, que identificó más de 55,000 genes cuyo código instruye la construcción de proteínas, ya ha revelado algunas sorpresas. Entre ellos: el genoma de la especie se originó a partir de la fusión de dos genomas estrechamente relacionados hace más de 5 millones de años. En comparación, el genoma del trigo harinero apareció en los últimos 6,000 años.

El equipo también hizo un descubrimiento bioquímico que, hasta la fecha, no se ha reportado en ninguna otra especie de planta. Para convertir la luz en azúcar a través de la fotosíntesis, las enzimas de las plantas primero deben convertir el carbono inorgánico del suelo en una forma compatible con la fotosíntesis. En las llamadas plantas con vía fotosintética C3 (como el trigo, arroz y la mayoría de los otros cultivos), esas enzimas a veces toman oxígeno en lugar de moléculas de dióxido de carbono, desperdiciando energía y otros recursos. Las plantas con vía C4 son más eficientes (el mijo entre ellas) se han adaptado a los mecanismos para evitar este error.

Los investigadores encontraron previamente que las plantas C4 emplean colectivamente tres rutas bioquímicas diferentes para convertir el carbono inorgánico en una forma útil. Hasta hace aproximadamente una década, se suponía que cada especie dependía solo de una de las tres, y los biólogos de plantas solo habían encontrado evidencia de dos vías en el maíz. Pero el genoma del mijo proso sugiere que puede emplear las tres rutas.

El hecho de que exista este valor atípico en el cultivo más resistente a la sequía del mundo es probablemente más que una coincidencia, dijo Schnable, y merece una investigación adicional que pueda impartir lecciones aplicables a otros cultivos.

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