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«Transgénicos-naturales»: Cereales de distintas especies intercambian genes para conseguir ventajas adaptativas

Un nuevo estudio revela que las gramíneas (o cereales) como el trigo, el arroz o el maíz tienen la costumbre de tomar un atajo evolutivo y «pedir prestado» genes de sus vecinos. Esto les da una ventaja adaptativa que les permite crecer más grandes, altos y vigorosos. Aprovechar este proceso mejoraría la productividad de los cultivos y podría ayudar a hacer que los cultivos sean más resistentes al cambio climático.

Universidad de Sheffield / 23 de abril, 2021.- La investigación, dirigida por la Universidad de Sheffield, es la primera en mostrar que el proceso, conocido como transferencia horizontal de genes, está muy extendido en toda la familia de las gramíneas.

Los secretos genéticos robados les dan una ventaja evolutiva al permitirles crecer más rápido, más grandes o más fuertes y adaptarse a nuevos entornos más rápido. Estos hallazgos podrían reforzar el trabajo futuro para desarrollar cultivos que sean más resistentes a los efectos del cambio climático y ayudar a abordar los problemas de seguridad alimentaria.

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El equipo de Sheffield estudió las gramíneas, plantas herbáceas que incluyen algunas de las plantas más importantes desde el punto de vista económico y ecológico, como los cultivos de trigo, maíz, arroz y cebada (que son los más cultivados a nivel mundial).

«Los pastos están tomando un atajo evolutivo al tomar prestados genes de sus vecinos. Al utilizar el trabajo de detective genético para rastrear el origen de cada gen, encontramos más de 100 ejemplos en los que el gen tenía una historia significativamente diferente a la de la especie en la que se encontró», afirma el Dr. Luke Dunning, autor senior del estudio e investigador del Departamento de Ciencias Animales y Vegetales de la Universidad de Sheffield

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“Los hallazgos pueden hacernos, como sociedad, reconsiderar cómo vemos la tecnología de modificación genética (GM), ya que los pastos naturalmente han explotado un proceso muy similar. Si podemos determinar cómo está sucediendo este proceso, puede que nos permita modificar naturalmente los cultivos y hacerlos más resistentes al cambio climático.

Lo que estamos viendo no es una hibridación, pero las consecuencias son similares. La transferencia lateral de genes puede mover información genética a través de distancias evolutivas más amplias, lo que significa que potencialmente puede tener impactos aún mayores

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Si bien solo se transfiere una proporción relativamente pequeña de genes entre especies, este proceso permite potencialmente que los pastos obtengan información de otras especies. Es probable que esto les brinde enormes ventajas y les permita adaptarse más rápidamente al entorno que los rodea

Samuel Hibdige, primer autor del estudio e investigador del doctorado de la Universidad de Sheffield, dijo: “Todavía no sabemos cómo está sucediendo esto o cuáles son todas las implicaciones. Pero sabemos que está muy extendido en las gramíneas, una familia de plantas que proporciona la mayoría de los alimentos que comemos».

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“Detectamos ADN extraño en una amplia gama de gramíneas con todo tipo de estrategias de historia de vida que indican que no está restringido a aquellos con un rasgo específico. Sin embargo, detectamos un aumento estadístico de especies que poseen ciertos tipos de tallos modificados llamados rizomas».

Desde Darwin, gran parte de nuestra comprensión de la evolución se ha basado en el supuesto de que la descendencia común es la regla para la evolución de las plantas y los animales, y la información genética se transmite de padres a hijos.

Los próximos pasos del equipo serán determinar el mecanismo biológico detrás de este fenómeno e investigar si se trata de un proceso continuo en los cultivos que contribuye a las diferencias que observamos entre las variedades de cultivos.

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Anexo con cifras clave del estudio:

  • Se analizó un total de 817.612 genes de 17 especies de gramíneas. De estos, el 55,89% tenía suficientes secuencias de gramíneas homólogas para una reconstrucción filogenética fiable, los cuales fueron analizados para transferencias laterales de genes (TLG).
  • Se identificó un total de 170 genes que habían sido transferidos lateralmente a 13 de los 17 genomas completos de las gramíneas que se analizaron.
  • Entre las 17 especies examinadas, se observó transferencia lateral de genes (TLG) en todos los grupos funcionales. La TLG se detectó en especies silvestres y en cultivos agrícolas importantes.
  • Por ejemplo, el maíz (Zea mays) recibió 11 genes desde Chloridoideae y Paniceae, mientras que el trigo (Triticum aestivum) recibió 10 genes desde Andropogoneae, Chloridoideae y Paniceae; el sorgo (Sorghum bicolor) recibió 3 genes desde Paniaceae.
  • Tanto el trigo como el sorgo también han compartido genes (8 y 2 respectivamente) hacia pastos silvestres del género Paniceae.
  • Pastos silvestres del género Paniceae han recibido hasta 20 y 30 genes (Alloteropsis semialata y Panicum virgatum respectivamente) desde especies del género Andropogoneae.

Distribución de transferencias laterales de genes (LGT) entre gramíneas. Se muestra un árbol filogenético calibrado en el tiempo para las 17 especies de gramíneas utilizadas en el estudio. La dirección de LGT entre clados de gramíneas se muestra con flechas cuyo tamaño es proporcional al número de LGT recibidos. El tamaño de cada gráfico circular es proporcional al número de especies dentro del clado. Los números en las puntas son el número de LGT detectados en cada genoma (Dunning et al, 2021).


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