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Cómo el pan obtuvo su gluten: rastrean el impacto de un pariente perdido en el trigo harinero moderno

Investigadores en un viaje de búsqueda de alimento de los parientes del trigo silvestre en las montañas centrales de Zagros en el oeste de Irán. Crédito – Ali Mehrabi

Un trabajo de tipo «detective genético» realizado por 38 grupos de investigación en 17 países, ha descubierto un ancestro del trigo harinero moderno, y como su ADN ancestral incluye el gen que da fuerza y ​​elasticidad superiores a la masa. Es un hallazgo similar al descubrimiento de un famoso pariente perdido (Neandertal) hace mucho tiempo a través del análisis de ADN humano.

John Innes Centre / 1 de noviembre, 2021.- En un estudio que aparece en Nature Biotechnology, los investigadores secuenciaron el ADN de 242 accesiones únicas de Aegilops tauschii recolectadas durante décadas en toda su área de distribución nativa, desde Turquía hasta Asia Central.

El análisis del genoma de la población dirigido por el Dr. Kumar Gaurav del Centro John Innes reveló la existencia de un linaje distinto de Aegilops tauschii restringido a la actual Georgia, en la región del Cáucaso, a unos 500 kilómetros de la Media Luna Fértil donde se cultivó el trigo por primera vez, un área que se extiende por los actuales Irak, Siria, Líbano, Palestina, Israel, Jordania y Egipto.

El primer autor del estudio en Nature Biotechnology, el Dr. Kumar Gaurav dijo: «El descubrimiento de esta contribución previamente desconocida al genoma del trigo harinero es similar al descubrimiento de la introgresión del ADN neandertal en el genoma humano fuera de África».

«Es más probable que haya ocurrido a través de una hibridación fuera del Creciente Fértil. Este grupo de accesiones georgianas forma un linaje distinto que contribuyó al genoma del trigo al dejar una huella en el ADN».

El descubrimiento se produce a través de una importante colaboración internacional para mejorar los cultivos mediante la exploración de la diversidad genética útil en Aegilops tauschii, un pariente silvestre del trigo harinero. El Open Wild Wheat Consortium reunió a 38 grupos de investigación e investigadores de 17 países.

Una investigación adicional realizada por el grupo del Dr. Jesse Poland en la Universidad Estatal de Kansas se publicó en un estudio complementario en Communications Biology y muestra que el ADN ancestral de Aegilops tauschii que se encuentra en el trigo harinero moderno incluye el gen que da fuerza y ​​elasticidad superiores a la masa.

El Dr. Poland dijo: «Nos sorprendió descubrir que este linaje ha proporcionado el gen más conocido para una masa de calidad superior».

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Los investigadores especulan que el linaje recién descubierto puede haber estado más extendido geográficamente en el pasado y que puede haberse separado como población de refugio durante la última edad de hielo.

Reflexionando sobre todo lo que se ha unido para hacer posible este trabajo, el Dr. Brande Wulff, autor correspondiente del estudio, comentó: «Hace cincuenta o sesenta años, en un momento en que apenas entendíamos el ADN, mis antepasados ​​científicos estaban atravesando las montañas de Zagros en Oriente Medio, Siria e Irak. Estaban recolectando semillas, tal vez teniendo la idea de que algún día podrían usarse para mejorar el trigo. Ahora estamos tan cerca de liberar ese potencial, y para mí eso es extraordinariamente emocionante «.

Descifrando el genoma complejo del trigo

El trigo «hexaploide» moderno es una combinación genética compleja de diferentes gramíneas con un código genético enorme, dividido en subgenomas A, B y D. El trigo hexaploide representa el 95% de todo el trigo cultivado. Hexaploide significa que el ADN contiene seis juegos de cromosomas, tres pares de cada uno.

A través de una combinación de hibridaciones naturales y cultivo humano, Aegilops tauschii proporcionó el genoma D al trigo moderno. El genoma D agregó las propiedades para hacer masa y permitió que el trigo harinero floreciera en diferentes climas y suelos.

El origen del trigo harinero hexaploide moderno ha sido durante mucho tiempo objeto de un intenso escrutinio con evidencia arqueológica y genética que sugiere que el primer trigo se cultivó hace 10.000 años en el Creciente Fértil.

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La domesticación, al tiempo que aumentaba el rendimiento y el desempeño agronómico, se producía a costa de un pronunciado cuello de botella genético que erosionaba la diversidad genética de los rasgos protectores que se encuentran en Aegilops tauschii, como la resistencia a enfermedades y la tolerancia al calor.

El análisis realizado por el Dr. Gaurav y el equipo de investigación reveló que solo el 25% de la diversidad genética presente en Aegilops tauschii se convirtió en trigo hexaploide. Para explorar esta diversidad en el acervo genético silvestre, utilizaron una técnica llamada mapeo de asociación para descubrir nuevos genes candidatos para la resistencia a enfermedades y plagas, rendimiento y resiliencia ambiental.

El Dr. Sanu Arora, quien anteriormente había dirigido un estudio para clonar genes de resistencia a enfermedades de Aegilops tauschii, dijo: «Anteriormente, estábamos restringidos a explorar un subconjunto muy pequeño del genoma para la resistencia a enfermedades, pero en el estudio actual, hemos generado datos y técnicas para emprender una exploración imparcial de la diversidad de especies «.

Experimentos adicionales demostraron la transferencia de genes candidatos para un subconjunto de estos rasgos al trigo mediante la transformación genética y el cruzamiento convencional, facilitado por una biblioteca de trigos sintéticos, material especialmente mejorado que incorpora genomas de Aegilops tauschii.

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Esta biblioteca disponible públicamente de trigos sintéticos captura el 70% de la diversidad presente en los tres linajes conocidos de Aegilops tauschii, lo que permite a los investigadores evaluar los rasgos rápidamente en un contexto de trigos hexaploides.

«Nuestro estudio proporciona un proceso de principio a fin para la exploración rápida y sistemática del acervo genético de Aegilops tauschii para mejorar el trigo harinero moderno»,  dice el Dr. Wulff.

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