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Científicos de EE.UU. identifican un nuevo gen que puede aumentar el rendimiento del trigo

Liuling Yan, genetista molecular de trigo de la Universidad Estatal de Oklahoma, ha descubierto y clonado el gen del trigo TaCol-B5, que aumenta el rendimiento del trigo en más de un 10%. (Foto de Todd Johnson, OSU Agricultural Communications Services)

El gen TaCOL-B5 de las plantas de trigo puede mejorar el rendimiento en más de un 10% y es un excelente candidato para sacar el máximo partido a la cosecha de este importante cereal, según un nuevo estudio de la Universidad Estatal de Oklahoma.

OSU Ag Research / 12 de mayo, 2022.- Construir la composición genética del cultivo de trigo ideal no es tarea fácil. Pregúntele a Liuling Yan, profesor de genética molecular y mejora del trigo en el Departamento de Ciencias Vegetales y del Suelo de la Universidad Estatal de Oklahoma (OSU), que recientemente descubrió el gen TaCol-B5 en las plantas de trigo.

¿Qué hace que este gen sea tan especial? Aumenta el rendimiento del trigo en más de un 10%, un aumento significativo en el mundo de la producción de trigo.

Debido al rápido crecimiento de la población humana y al cambio climático, se necesitan variedades de cultivos que produzcan altos rendimientos con cantidades limitadas de fertilizantes y pesticidas artificiales y que sean más resistentes a las condiciones meteorológicas imprevisibles.

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Conseguir el máximo rendimiento con los cereales es una tarea difícil, ya que los científicos tienen que crear un delicado equilibrio entre los rasgos genéticos del trigo, como el tamaño de las semillas, el número de semillas y el número de cabezas. Los científicos están creando este delicado equilibrio dentro de un sistema genético muy complejo en el que el 80% de las secuencias genéticas son altamente repetitivas, y pocos genes han sido conectados a una característica específica de la planta, por lo que averiguar qué gen logra qué rasgo no es una tarea fácil. Esto hace que armar el rompecabezas genético que hace el cultivo de trigo más óptimo sea una tarea complicada, por decir lo menos.

Por eso, descubrir genes como el TaCol-B5 es tan importante para alimentar al mundo. Su efecto directo en la producción de grano lo convierte en un candidato excelente para sacar el máximo partido a la cosecha de trigo, literalmente.

«Tal y como yo lo veo, este es un descubrimiento que marca un antes y un después en el mundo de la genética vegetal», dijo Scott Senseman, vicepresidente asociado de OSU Ag Research. «La posibilidad de aumentar el rendimiento en más de un 10% gracias a la actividad de un gen en un cultivo de trigo es un avance que lleva a otro nivel la Revolución Verde que el Dr. Norman Borlaug inició hace décadas. Con este descubrimiento y su aplicación, podría significar la diferencia entre que la gente tenga comida o pase hambre. Es difícil encontrar un descubrimiento más impactante que ese«.

El gen TaCol-B5, descubierto en el cultivar de trigo CItr176 de México, aumenta en más de tres el número de espiguillas (un grupo de flores productoras de semillas) en una espiga de trigo, lo cual es significativo cuando las espiguillas de una planta de trigo suelen sumar sólo entre 15 y 25 espiguillas. El gen también fue capaz de aumentar el número de macollos fértiles (espigas con semillas) por planta.

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«Necesitamos más pruebas de los rasgos genéticos en los cultivares de trigo», dijo Yan. «Podríamos habernos detenido en el qué, pero continuamos con el por qué, y el por qué es donde está la historia. El por qué es el mecanismo de funcionamiento de la ciencia. No bastaba con descubrir este gen. Entender su genética nos dio el por qué de que este cultivar produzca más».

Entre los colegas de investigación de Yan en el proyecto se encontraban la estudiante de doctorado de la OSU Xiaoyu Zhang; el científico visitante Haiyan Jia, profesor de genética del trigo de la Universidad Agrícola de Nanjing, en China; y Brett Carver, profesor de Regents y de la cátedra de genética del trigo en la OSU.

La investigación de Yan consistió en tratar de averiguar en qué otros cultivos de trigo reside el gen TaCol-B5, y lo que descubrió es que este gen es raro, ya que sólo reside en un 2% del trigo en todo el mundo. Antes de que Yan y sus colegas descubrieran los marcadores genéticos de esta variante, los científicos no tenían medios para localizarla en las plantas de trigo.

Yan y sus colegas clonaron el gen y lo colocaron en un cultivar llamado Yangmai18, un cultivar con índices de rendimiento medios. La investigación demostró un aumento medio del rendimiento del 11,9% en la planta modificada genéticamente, y el aumento más significativo del rendimiento fue del 19,8% en otra línea de progenie. Estas líneas experimentales no estaban destinadas a un uso comercial, sino a comprender cómo funciona el gen.

«Cuando mejoramos una variedad de trigo, pasamos de la generación de los padres a la de los hijos. Producir un aumento del 5% en el rendimiento sería suficiente para liberar una nueva variedad», dijo Carver. «Ahora, pasemos a este gen. Decimos que este gen puede aumentar el rendimiento en casi un 12%. Y eso es un gen. Eso es digno de mención. ¿Vamos a obtener un 12% cada vez que mejoremos con ese gen? No lo sabemos con certeza, pero esto nos da objetivos para cambiar y mejorar el rendimiento a nivel molecular. Es una herramienta que ahora podemos utilizar para complementar y perfeccionar lo que hacemos en el campo».

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Gracias a la identificación por parte de Yan de los marcadores genéticos del gen, ahora también se ha identificado el gen en su estado natural en el cultivar de trigo Billings, y existe la posibilidad de localizarlo también en otros cultivares.

«En futuros ciclos de cultivo, rastrearemos el gen en la planta de Billings utilizando los marcadores genéticos del Dr. Yan como medio para localizarlo y afirmar su presencia», dijo Carver.

A lo largo de su carrera, Yan ha clonado varios genes del trigo, como el revolucionario gen TaOGT1 el año pasado. Su investigación sobre el gen TaCol-B5 se publicó recientemente en Science, una revista científica publicada por la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia. Según los representantes de Science, sólo el 1% de los estudios publicados en la revista están relacionados con la investigación agrícola.

Según un artículo de perspectiva en Science, el descubrimiento de TaCol-B5 es un «hito para mejorar el rendimiento de los cereales» porque mejora la comprensión de los científicos de los mecanismos moleculares que controlan los rasgos genéticos relacionados con el rendimiento.

«Pocos científicos hacen el intento de presentar artículos científicos a la revista Science, y actualmente, menos del 7% de los artículos presentados logran pasar el riguroso proceso de publicación», dijo Senseman. «Históricamente, esta revista ha sido una de las revistas preeminentes de la comunidad científica. Es especialmente digno de mención cuando se destaca el trabajo agrícola, y estamos muy orgullosos de que uno de los científicos de nuestra universidad aparezca en esta publicación.»

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