Científicos de 41 instituciones han publicado la «biblioteca genética» más completa sobre los garbanzos, con la secuenciación del genoma completo de 3.171 accesiones de variedades cultivados y 195 silvestres. Este avance ofrece a uno de los cultivos más antiguos y cultivados un mejor futuro al potenciar los enfoques de mejoramiento genético y productividad.
ICRISAT / 12 de noviembre, 2021.- Un equipo internacional de investigadores de 41 organizaciones ha reunido el pangenoma del garbanzo secuenciando los genomas de 3.366 líneas de garbanzos de 60 países. Liderado por el Instituto Internacional de Investigación de Cultivos para los Trópicos Semiáridos (ICRISAT), el equipo identificó 29,870 genes que incluyen 1,582 genes nuevos no reportados previamente. La investigación es el mayor esfuerzo de su tipo para cualquier planta, colocando al garbanzo en un pequeño grupo de cultivos con un mapa genómico tan extenso.
“Al emplear la secuenciación del genoma completo, hemos podido afirmar la historia del origen del garbanzo en el Creciente Fértil e identificar dos vías de difusión o migración del garbanzo al resto del mundo. Un camino indica la difusión al sur de Asia y África oriental, y el otro sugiere la difusión a la región del Mediterráneo (probablemente a través de Turquía), así como al Mar Negro y Asia Central (hasta Afganistán) ”, dijo el profesor Rajeev Varshney, investigador Director de programa en ICRISAT y líder del estudio que se publicó el 10 de noviembre en Nature.
Añadió: «Más importante aún, esta investigación proporciona una imagen completa de la variación genética dentro del garbanzo y una hoja de ruta validada para utilizar el conocimiento y los recursos genómicos para mejorar el cultivo».
Cultivado en más de 50 países, el garbanzo es la tercera leguminosa más cultivada del mundo. Es indispensable para las dietas en muchas naciones y una fuente importante de proteínas dietéticas, especialmente en el Sur Global. ICRISAT lideró el esfuerzo de secuenciar el primer genoma del garbanzo (una línea de Kabuli) en 2013. Esta secuencia allanó el camino para el desarrollo de recursos moleculares para la mejora del cultivo.
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Un esfuerzo mayor para secuenciar más líneas comenzó poco después, cuando se hizo evidente la necesidad de comprender completamente la variación genética a nivel de especie, incluso en las variedades locales y los tipos silvestres. En la última investigación, los autores del estudio informan de la secuenciación de 3.171 accesiones cultivadas y 195 accesiones silvestres de garbanzo que se conservan en múltiples bancos de genes. Estas 3.366 accesiones son representativas de la diversidad genética del garbanzo en una colección mundial mucho más grande.
La especie de garbanzo cultivado se denomina científicamente Cicer arietinum. El estudio apunta a que C. arietinum divergió de su especie progenitora silvestre, Cicer reticulatum, hace unos 12.600 años. La historia del garbanzo está asociada con un fuerte cuello de botella genético que comenzó hace unos 10.000 años. El tamaño de la población alcanzó su mínimo hace unos 1000 años antes de ver una fuerte expansión en los últimos 400 años, lo que sugiere un interés renovado en la agricultura de garbanzo en todo el mundo. El enfoque adoptado para analizar la divergencia de ocho especies de Cicer a lo largo del tiempo también se puede utilizar para identificar la clasificación errónea o la duplicación de accesiones para gestionar mejor el germoplasma en los bancos de germoplasma, informan los autores en el estudio.
“Se prevé que la demanda de garbanzos aumente en los próximos años a medida que aumenta la población mundial. Investigaciones como esta son la necesidad del momento para ayudar a los principales países productores como India a impulsar la producción de cultivos mientras hacen que los cultivos sean resistentes al clima”, dijo el Dr. Trilochan Mohapatra, Director General del Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR) y autor del estudio.
La Dra. Jacqueline Hughes, Directora General de ICRISAT, dijo: “Al desarrollar muchos recursos genómicos para el garbanzo durante la última década, ICRISAT ha ayudado al cultivo a deshacerse de su etiqueta de ‘huérfano’. Con nuestros socios en la investigación agrícola para el desarrollo, continuaremos investigando el garbanzo y traduciendo los hallazgos en variedades de cultivos que beneficien a los agricultores, los consumidores y las naciones”.
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Poniendo el pangenoma a trabajar
La comparación de la variación genética en el garbanzo cultivado con la de su progenitor silvestre ayudó a los investigadores a identificar genes deletéreos responsables de reducir el rendimiento de los cultivos. Estos genes deletéreos eran más abundantes en el progenitor silvestre, ya que se habrían purgado hasta cierto punto en líneas cultivadas mediante selección y recombinación. Los investigadores afirman que estos genes deletéreos se pueden purgar aún más en cultivares mediante el fitomejoramiento o edición genética asistida por genómica.
Además, el estudio identificó bloques de genes en razas locales (variedades domesticadas desarrolladas por agricultores) que pueden mejorar significativamente el rendimiento del cultivo al mejorar rasgos como el rendimiento, la resiliencia climática y las características de las semillas. Estos bloques de genes, denominados haplotipos, son los que los fitomejoradores se esfuerzan por incorporar a los cultivares. Utilizando datos históricos de todas las variedades de garbanzo lanzadas entre 1948 y 2012, la investigación arroja luz sobre el despliegue de estos haplotipos en las variedades.
“Examinamos 129 variedades lanzadas en el pasado. Aunque se detectaron algunos haplotipos superiores en algunas de estas variedades, encontramos que la mayoría de las variedades carecían de muchos haplotipos beneficiosos. Hemos llegado a 56 líneas prometedoras que pueden incorporar estos haplotipos en programas de mejoramiento para desarrollar variedades mejoradas”, explicó el autor del estudio, el Dr. Manish Roorkiwal, científico sénior en genómica y mejoramiento molecular en ICRISAT.
ICRISAT y otras organizaciones han estado utilizando enfoques de mejoramiento asistidos por genómica dirigidos a uno o como máximo a dos genes. Sin embargo, estos esfuerzos dieron como resultado siete variedades mejoradas de garbanzo en la India y Etiopía durante los últimos tres años.
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“Los recursos genómicos son cruciales para acelerar la tasa de ganancias genéticas en los programas de mejoramiento de cultivos. Se espera que el conocimiento y los recursos disponibles a través de este estudio ayuden a los mejoradores de todo el mundo a revolucionar el mejoramiento del garbanzo sin erosionar su diversidad genética”, dijo el Dr. Arvind Kumar, Director General Adjunto de Investigación de ICRISAT.
Para llevar los hallazgos del estudio al campo, los autores propusieron tres enfoques de mejoramiento basados en la predicción genómica que tienen como objetivo mejorar 16 rasgos y mejorar la productividad del garbanzo. Demostraron que los enfoques funcionan aplicándolos para mejorar el peso de 100 semillas, un rasgo crítico de rendimiento, y prediciendo un aumento que oscila entre el 12 y el 23%.