A medida que el cambio climático se vuelve cada vez más difícil de ignorar, los científicos están trabajando para diversificar y mejorar las alternativas a la energía basada en combustibles fósiles. Los cultivos bioenergéticos renovables, como el pasto perenne Miscanthus, son prometedores para la producción de etanol celulósico y otros usos, pero actualmentelos híbridos están limitados por las condiciones ambientales y la susceptibilidad a plagas y enfermedades.
Los criadores han estado trabajando para desarrollar nuevos híbridos de Miscanthus durante años, pero la esterilidad del cultivo clonal, el genoma complejo y el largo tiempo de madurez dificultan el mejoramiento convencional. En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Illinois extraen el vasto potencial genómico del cultivo en unesfuerzo para acelerar el proceso de reproducción y maximizar sus rasgos más deseables.
"El método que estamos usando, la selección genómica, puede acortar el tiempo que lleva producir un nuevo híbrido al menos a la mitad", dice Marcus Olatoye, autor principal del estudio e investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias de los Cultivos de Illinois.. "Ese es el objetivo general".
En el mejoramiento convencional, un enfoque típico es que los investigadores cultiven individuos de un conjunto diverso de poblaciones y seleccionen aquellos con los mejores rasgos para el apareamiento. Pero, para Miscanthus, esos rasgos no aparecen hasta que las plantas tienen 2-3 añosIncluso después de que las plantas de esta primera generación se aparean, la descendencia tarda otros 2-3 años en revelar si los rasgos deseados se transmitieron fielmente.
En la selección genómica, los científicos toman muestras genéticas de semillas o plántulas en una población objetivo. Este es el grupo de plantas que normalmente tendría que crecer hasta la madurez antes de que se realicen cruces experimentales. Mientras tanto, los investigadores compilan datos genéticos y fenotípicosde poblaciones relacionadas, conocidas como conjuntos de referencia o de entrenamiento, en un modelo estadístico. La referencia cruzada de datos genéticos de la población objetivo con los datos del modelo permite a los investigadores predecir el resultado fenotípico de cruces hipotéticos dentro de la población objetivo.
Esto permite a los criadores ir al grano, persiguiendo solo los cruces más prometedores con más pruebas de campo.
"Idealmente, este proceso podría permitir a los fitomejoradores hacer selecciones basadas en valores fenotípicos predichos antes de plantar las plantas", dice Alex Lipka, profesor asociado de biometría en el Departamento de Ciencias de los Cultivos y coautor del estudio. "Específicamente,queremos hacer selecciones para optimizar la resistencia al invierno, la biomasa, la tolerancia a enfermedades y el tiempo de floración en Miscanthus, todo lo cual limita el rendimiento del cultivo en varias regiones de América del Norte ".
Aunque no es un proceso simple en el mejor de los casos, la selección genómica en Miscanthus es órdenes de magnitud más desafiante que en otros cultivos. El híbrido de interés, Miscanthus × giganteus, es el producto de dos especies separadas, Miscanthus sinensis y Miscanthussacchariflorus, cada uno de los cuales tiene diferente número de cromosomas y contiene una gran cantidad de variación dentro y entre poblaciones naturales.
"Hasta donde sabemos, nadie ha intentado entrenar modelos de selección genómica de dos especies separadas antes. Decidimos volvernos totalmente locos aquí", dice Lipka. "Desafortunadamente, encontramos que las dos especies parentales no hacen muchoBuen trabajo en la predicción de características de biocombustible en Miscanthus × giganteus. "
El problema era doble. Primero, el modelo estadístico simplemente reveló demasiada variación genética entre las subpoblaciones parentales para capturar el impacto de los genes que controlan los rasgos de los biocombustibles. Esto significaba que las poblaciones parentales elegidas para el conjunto de referencia eran demasiado diversas para predecir de manera confiable los rasgos en elhíbrido Miscanthus × giganteus. Y en segundo lugar, los genes que controlan un rasgo en particular, como los relacionados con el potencial de biocombustible, parecían ser diferentes en las dos especies parentales.
En otras palabras, los genomas que contribuyen a Miscanthus × giganteus son muy complejos, lo que explica por qué el enfoque estadístico tuvo dificultades para predecir los rasgos en la descendencia de los dos padres.
Aún así, el equipo de investigación siguió intentándolo. En un estudio de simulación, Olatoye creó 50 familias de Miscanthus × giganteus, cada una derivada de padres seleccionados al azar de ambas especies. Marcó selectivamente las contribuciones genéticas de cada padre hacia arriba y hacia abajo, y estas contribuciones formaron elbase genética de fenotipos simulados. La intención del estudio era proporcionar una mejor visión de qué individuos y poblaciones podrían ser más valiosos para los cruces en la vida real.
"Los resultados sugieren que la mejor estrategia para utilizar la diversidad en los padres es ajustar los modelos de selección genómica dentro de cada especie parental por separado, y luego agregar los valores predichos de rasgos de Miscanthus × giganteus de los dos modelos por separado", dice Olatoye.
Aunque los investigadores tienen más trabajo por hacer, el estudio de simulación demostró que la selección genómica puede funcionar para Miscanthus × giganteus. El siguiente paso es refinar aún más qué poblaciones se utilizan para entrenar el modelo estadístico y evaluar cruces en el campo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales de la Universidad de Illinois . Original escrito por Lauren Quinn. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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