Un nuevo estudio en la edición del 3 de abril de Genética de la naturaleza describe una aventura tipo ancestry.com que revela la historia profunda de una familia, incluidos algunos parientes de mala reputación. Pero la familia en este caso es arroz asiático Oryza sativa , y los parientes de mala reputación son los primos maleza del arroz domesticado.
El arroz maleza no es arroz silvestre ni arroz de cultivo, sino arroz anteriormente domesticado que ha perdido algunos rasgos importantes para las personas. Adaptado al mimo humano, no crece fuera de los campos agrícolas, pero al mismo tiempo, no se cosecha fácilmentey produce semillas desagradables.
Dependiendo de dónde se encuentre en el mundo, la reducción en el rendimiento de la cosecha de arroz puede llegar al 90 por ciento debido a estas malezas, dijo Kenneth Olsen, profesor de biología en la Universidad de Washington en St. Louis y autor principalIncluso en los EE. UU., Se estima que el arroz con malas hierbas está presente en el 30 por ciento de los campos de arroz y conduce a pérdidas de cultivos de más de $ 50 millones anuales.
Hay dos variedades principales de arroz de malezas en los EE. UU.: La cáscara de paja y la arista de cáscara negra. Los aristas son las cerdas largas que dan a algunas hierbas una apariencia peluda. Debido a que las dos variedades de malezas evolucionaron de forma independiente, brindan una oportunidad ideal para estudiarbase genética de la maleza y, en particular, si siempre surge a través del mismo mecanismo genético.
Para este propósito, un equipo de científicos de China y EE. UU., Incluida la Universidad de Washington, secuenció los genomas de 18 malezas de cáscara de paja y 20 malezas de cáscara negra y las comparó con 145 genomas de cultivos y variedades silvestres de arroz publicados anteriormente.
El análisis mostró que: las dos malezas evolucionaron a partir de dos variedades de cultivos diferentes; evolucionaron en diferentes etapas del proceso de domesticación; y la base genética de la maleza difiere entre las cepas. También reveló que, en ambos casos, se produjeron relativamente pocos cambiosnecesario para convertir la planta de cultivo en una maleza.
El arroz, en otras palabras, es propenso a la maleza. "Es fácil desarrollar la maleza y ha sucedido repetidamente", dijo Olsen.
No más trabajo encorvado
"La evolución de los parientes de los cultivos de malezas es una parte poco reconocida del proceso de domesticación", continuó Olsen. "Hasta hace poco, pocos de los que estudiaban la domesticación habían pensado mucho en estos doppelgangers de malezas que simplemente persistían en los márgenesde campos. "
Cuando el arroz se siembra a mano, cada plántula se analiza y se descartan las malas hierbas. Pero la adopción de la agricultura mecanizada con semillas directas ha cambiado la ecuación. "Los parientes de las malas hierbas se parecen tanto al cultivo, se mezclan y los agricultores nono se dan cuenta de que tienen un problema hasta que tienen una infestación real ", dijo Olsen.
Uno de los rasgos más notables de las malas hierbas son las semillas que rompen mucho ". Cuando se domesticaron los cultivos de cereales, las personas se oponían a la trituración porque hacía que el grano fuera más fácil de cosechar, pero si eres una especie de malezas, quieres dispersar las semillas.las variedades de malezas, hay una reaparición de la rotura de semillas ", explicó Olsen.
Las malezas también tienen una latencia de semillas muy persistente, dijo. Durante la domesticación, hay selección contra la latencia, porque los agricultores seleccionan lo que surge primero. Pero, nuevamente, esa es una mala estrategia para una maleza, por lo que la latencia también reaparece.
La combinación de rotura y latencia prolongada significa que hay una reserva de semillas de malezas en los campos de cultivo que pueden surgir año tras año y superar a la cosecha.
Historia profunda del arroz
El análisis genético realizado por el equipo de científicos mostró que las dos cepas de maleza descienden de dos variedades de arroz distintas, indica y aus, que fueron domesticadas en diferentes partes de Asia.
La mayor parte del arroz cultivado en los EE. UU. Es una tercera variedad, japónica, domesticada en otro lugar. Por esta razón, y debido a que hay una diversidad genética comparativamente pequeña en las dos variedades de malezas, probablemente se introdujeron en los EE. UU. Como contaminantesen existencias de cereales.
Ambas variedades de malezas evolucionaron después de que el arroz fue domesticado y después de que surgieron algunas diferencias varietales en el cultivo. Pero la hierba de cáscara negra parece haber divergido de la variedad aus de arroz mucho antes que la hierba de cáscara de paja de la indica.
La domesticación de cultivos es un proceso largo que generalmente se divide en dos etapas, explicó Olsen. Durante la primera etapa, la selección humana favorece los "rasgos de domesticación" que permiten que la planta se cultive en primer lugar, como las semillas que no se rompen fácilmente.Más tarde, la selección humana favorece los "rasgos de mejora", como el aroma y el sabor a palomitas de maíz del arroz basmati.
Cuantos más de estos rasgos posea una variedad de malezas, más tarde evolucionará. Ambas cepas de malezas de EE. UU. Tienen solo las variantes de cultivo de tres genes que son objetivos de selección durante la domesticación del arroz. Por otro lado, la cáscara de paja pero no la cáscara negravariedad de malezas tiene los genes para la mayoría de los rasgos de mejora ampliamente seleccionados.
Las malezas de cáscara negra evolucionaron después de que el arroz fue domesticado pero antes de que se mejorara, y las malezas de cáscara de paja se separaron solo después de que el arroz se haya mejorado aún más mediante la selección
Desdomesticación
Habiendo establecido cuándo evolucionó la maleza, los científicos observaron cómo había evolucionado comparando los genomas de las variedades de maleza con los de sus ancestros de cultivos inferidos. Buscaban "firmas de selección", evidencia de mutaciones tan favorables que se extendieron rápidamentea través de una población.
Lo que encontraron es que las firmas correspondían a las regiones del genoma que controlan los rasgos de las malas hierbas, pero no a las afectadas por la domesticación. Por ejemplo, todos los arroces de las malas hierbas poseen la mutación sh4 que caracteriza a los arroces domesticados que no se rompen. Otras ocho regiones genéticas, sin embargo, están implicados en la readquisición de la rotura por las cepas de malezas.
Además, la mayoría de los genes para la adaptación de las malas hierbas se agrupan en islas genómicas en lugar de distribuirse aleatoriamente por todo el genoma.
"Son islas genómicas diferentes en cada tipo de maleza", dijo Olsen. "Entonces, cambiar un cultivo en una maleza no requiere muchos cambios genéticos y puede ocurrir a través de diferentes mecanismos genéticos".
"Debemos tener en cuenta la aparente facilidad con la que estas malas hierbas agrícolas han evolucionado repetidamente a medida que avanzamos hacia prácticas de producción mecanizadas que promueven su éxito".
"Lo que encuentro fascinante acerca de estas malas hierbas", dijo Olsen, "es la forma en que se han apoderado del sistema agrícola. Aprovechan este maravilloso entorno que estamos creando al cultivar y proporcionar nutrientes, yplantas que tienen rasgos deseables ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Diana Lutz. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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