Trabajando para comprender la genética de la resistencia y el rendimiento de la enfermedad del maní, los investigadores dirigidos por científicos de la Universidad de Georgia han descubierto la evolución poco probable y complicada del maní.
Los investigadores que trabajan como parte de la Iniciativa Internacional del Genoma del Maní han identificado previamente a uno de los dos ancestros salvajes del maní y han demostrado que el maní es un legado vivo de algunas de las primeras sociedades agrícolas humanas en América del Sur. Desde entonces, el equipo ha mapeado elTodo el genoma del maní e identificó el segundo ancestro silvestre del cultivo y el nuevo mecanismo por el cual la planta tímida y acaparamiento de semillas generó la diversidad que vemos hoy.
"Debido a su compleja estructura genética, la secuenciación del maní solo fue posible utilizando desarrollos muy recientes en la tecnología de secuenciación. El resultado es de una calidad sin precedentes y proporciona un marco de referencia para el mejoramiento y la mejora del cultivo de maní, y un conjunto completamente nuevo de ideasen la extraordinaria estructura genética del maní ", dijo David Bertioli, Investigador Distinguido de la Alianza de Investigación de Georgia e investigador de maní en la Facultad de Ciencias Agrícolas y Ambientales.
Bertioli realiza su investigación a través del Instituto CAES de Fitomejoramiento, Genética y Genómica, que es el hogar de algunos de los expertos más importantes del mundo en esta área de la ciencia de los cultivos y ha sido prolífico al proporcionar nuevas herramientas e información genómica para ayudar a los fitomejoradoresel mundo desarrolla variedades de cultivos más sostenibles y productivos.
El artículo más reciente del equipo fue publicado en la revista Genética de la naturaleza y está disponible en línea.
Según el USDA, los agricultores de todo el mundo cultivan 44.9 millones de toneladas métricas de maní en más de 64 millones de acres. El cultivo es un alimento básico en muchas partes de África y Asia y es una fuente de mantequilla de maní, bocadillos y aceite de cocinaen los Estados Unidos. Solo en Georgia los agricultores cultivan $ 825 millones en maní cada año.
A pesar de su importancia como cultivo, los investigadores de plantas no han tenido muchas de las herramientas genéticas necesarias para acelerar la introducción de variedades de maní más sostenibles y productivas. Eso fue porque, hasta hace poco, los científicos no habían podido mapear el hipercomplejo de los maníesgenoma tetraploide. La colaboración internacional de la Iniciativa del Genoma del Cacahuete y los avances en tecnologías y procesamiento de datos produjeron los avances.
secuenciación del genoma del maní
La base de los descubrimientos del equipo fue la secuenciación del genoma. Debido a que el maní se originó de la hibridación de dos especies ancestrales salvajes hace miles de años, las fases iniciales del proyecto involucraron a investigadores que desarrollaron secuencias del genoma para esos antepasados. Juntos, ellos genomas ancestrales hicieron un prototipo para la estructura genética de los cacahuetes cultivados. Esto se publicó en 2016.
Este mes, la Iniciativa del Genoma del Maní discute la secuencia completa del genoma del maní cultivado moderno en un artículo publicado en Genética de la naturaleza el 1 de mayo
Los investigadores utilizaron nuevos avances en tecnologías de secuenciación de ADN para producir una secuencia completa del genoma de una calidad sin precedentes. La secuencia consta de más de 2.500 millones de pares de bases de ADN dispuestos en 20 pares de cromosomas, 10 pares de cada una de las especies ancestrales.
La información en la secuencia arroja luz sobre partes del código genético de la planta que controlan rasgos como el tamaño de la semilla y la resistencia a las enfermedades, que son importantes para los fitomejoradores. Pero la secuencia también reveló más sobre el origen del maní durante los albores de la agricultura enAmérica del Sur y los mecanismos genéticos que han generado diversidad y han permitido la adaptación a entornos de todo el mundo.
La madre del maní
Utilizando la nueva secuencia del genoma como marco, el equipo pudo analizar las variaciones en más de 200 de los cacahuetes más diversos de todo el mundo. Los investigadores encontraron huellas genéticas características compartidas por todas las plantas de maní analizadas, proporcionando nuevasevidencia de que todas las variedades modernas de maní provienen del mismo híbrido original.
"El nuevo estudio subraya cómo el origen del maní se debió a circunstancias muy especiales hace miles de años. Los antiguos agricultores transportaron una especie al rango de otra, permitiendo su hibridación y la formación de una nueva especie de cultivo", dijo Soraya Leal-Bertioli, científico investigador sénior del Instituto de Fitomejoramiento, Genética y Genómica de la UGA y el departamento de patología vegetal del CAES.
Los científicos con la iniciativa habían encontrado previamente el donante masculino del híbrido original y el origen del subgenoma "B" del maní. En este nuevo estudio identificaron al donante femenino, rastreando la población de maní ancestral silvestre que contribuyó con el subgenoma "A" del maníen Río Seco, Argentina. Estos individuos forman la población "madre" de maní.
Pero la evidencia de que todos los cacahuetes modernos se pueden rastrear a un solo híbrido original establece otro misterio, dijo Leal-Bertioli. ¿Cómo una planta con una base genética tan estrecha desarrolla tantas variaciones y variedades?
"Barajar, barajar"
La mayoría de las especies de plantas con flores dependen de los animales o del clima para esparcir su polen o semillas a otras plantas para generar diversidad genética. El polen y las semillas pueden viajar por millas, extendiendo rasgos nuevos a nuevas poblaciones.
Pero los cacahuetes, que producen sus semillas bajo tierra, no hacen eso. Se necesitaron los primeros granjeros humanos y su transporte de semillas a larga distancia para reunir a los dos primeros padres ancestrales de maní.
Sin embargo, desde entonces, la planta ha utilizado un nuevo mecanismo para crear diversidad.
El maní tiene dos conjuntos de cromosomas, uno de cada antepasado. Al analizar más de 200 maníes cultivados de todo el mundo, se demostró que diferentes variedades locales y cultivares han barajado el material genético de los antepasados y borraron algunas secciones por completo.En los últimos 10,000 años, esta combinación ha ocurrido miles de veces, lo que permite una generación de diversidad mucho más rápida que si las plantas simplemente dependieran de la mutación.
En un invernadero en el campus de la UGA, los Bertiolis han trabajado con híbridos que recrean el maní ancestral original y observaron la mezcla en tiempo real. Documentaron sus efectos en la aparición espontánea de diferentes colores de flores. Estos mismos mecanismos genéticos generanotros tipos de variación también, dijo David Bertioli.
El fenómeno explica la tremenda diversidad que se ve hoy en el maní, dijo Leal-Bertioli.
Para esta investigación, la Iniciativa Internacional del Genoma del Cacahuete reunió a científicos de los EE. UU., Argentina, China, India, Japón y Francia. La secuencia inicial se llevó a cabo en el Hudson Alpha Institute, Huntsville, Alabama, y el Servicio de Investigación Agrícola del USDA Genomics yUnidad de Investigación de Bioinformática en Stoneville, Mississippi. El proyecto fue financiado por la National Peanut Board, la American Peanut Shellers Association y otros productores, desgranadores, fabricantes e industrias aliadas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Georgia . Original escrito por J. Merritt Melancon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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