EE.UU. - Crean el primer mapa completo del genoma del maíz

El científico James Schnable de la Universidad de Nebraska-Lincoln y colegas internacionales han creado el primer mapa completo del genoma del maíz, un logro histórico que puede permitir importantes avances a largo plazo en la salud, la resiliencia y la productividad de los cultivos.

"Estos hallazgos de la investigación pueden ayudarnos a construir herramientas para predecir qué nuevas variedades de maíz funcionarán bien en entornos particulares, porque seremos más capaces de identificar las funciones de genes individuales en el maíz", dijo Schnable, profesor de agronomía Charles O. Gardner.

Schnable y científicos de la Universidad Estatal de Iowa y China publicaron recientemente sus hallazgos, titulados "A complete telomere-to-telomere assembly of the maize genome", en la revista Nature Genetics. Sus hallazgos llegan un año después del mapeo completo del genoma humano.

Los científicos han dedicado mucho esfuerzo este siglo a identificar toda la amplitud del genoma del maíz, el conjunto de material genético que desempeña un papel fundamental en la determinación de las características físicas, el crecimiento y la salud de una planta de maíz. Mapear todo el material genético del maíz ha sido un desafío desde hace mucho tiempo porque el genoma del maíz es grande e inmensamente complejo.

La tecnología utilizada en el primer borrador de un genoma del maíz, en 2009, identificó una porción significativa de la amplia variedad de material genético del maíz. Aún así, muchas regiones genéticas eran demasiado complejas para ser descifradas por la tecnología disponible en ese momento. En total, quedaban por llenar más de 100.000 lagunas en la secuencia genética.

"Nuestro equipo recurrió a la última tecnología, además de la experiencia particular de los miembros individuales del equipo, y eso finalmente hizo posible el mapeo del genoma completo del maíz", dijo Schnable. En ese primer estudio, los científicos habían podido mapear los centrómeros (las complicadas porciones intermedias de los cromosomas) de sólo dos de los 10 cromosomas del maíz, por ejemplo. Schnable y sus colegas pudieron secuenciar los 10.

Schnable se centró en regiones del genoma del maíz que contienen genes llamados parálogos casi idénticos: dos o más genes ubicados uno al lado del otro que son tan similares que era difícil o imposible distinguirlos en esfuerzos anteriores de mapeo genómico. La repetición genética adquiere una complejidad extraordinaria en el genoma del maíz, lo que da como resultado grandes áreas de material cromosómico agrupadas de maneras que han desafiado la identificación y el análisis individual.

Con este nuevo análisis completo de una línea de maíz muy estudiada conocida como Mo17, dijo Schnable, "ahora podemos resolver cada una de esas copias genéticas individuales y comenzar a hacer un mejor trabajo para descubrir qué hacen los genes individuales, en lugar de hacerlo". tener todo esto combinado en una mezcolanza donde es difícil determinar qué gen está haciendo qué”.

La idea de este proyecto internacional surgió de investigadores chinos. Schnable conoce a Jinsheng Lai, un científico chino y autor principal del artículo, desde hace más de una década, desde cuando Schnable era investigador postdoctoral en la Academia China de Ciencias Agrícolas. "Cuando estaba organizando este proyecto, se acercó a mí para participar debido a mi experiencia en este campo", dijo Schnable.

Esta nueva secuencia del genoma del maíz tiene un valor particular a largo plazo para desarrollar variedades de maíz mejoradas al fortalecer la comprensión científica de cómo las diferencias en la genética del maíz afectan a las variedades. "En lugar de realizar una selección, tendremos el potencial de diseñar y diseñar variedades de maíz para que se adapten a los climas cambiantes y crezcan en condiciones con mayor limitación de nitrógeno", dijo Schnable. "Podemos ser más ágiles a la hora de adaptar el maíz a los desafíos futuros en términos de aumentar el rendimiento y utilizar menos nitrógeno y agua".

También son posibles nuevas oportunidades, a largo plazo, para crear productos secundarios de mayor valor, como el valor adicional de los granos secos de destilería de las plantas de etanol.

Esta investigación innovadora se conecta con la larga historia de estudios de vanguardia de la universidad sobre la genética del maíz, señaló Schnable. A principios del siglo XX, el genetista del maíz Rollins A. Emerson realizó un trabajo pionero en la facultad de Nebraska al redescubrir las leyes de la herencia genética establecidas por Gregor Mendel.

Más tarde, Emerson fue profesor en la Universidad de Cornell y en la década de 1920 fue mentor del estudiante de doctorado George Beadle, un nativo de Nebraska y ex alumno de Husker que en 1958 recibió el Premio Nobel por su trabajo innovador en genética. El Centro Beadle de la universidad, que facilita la investigación en bioquímica y ciencias biológicas e incluye el Centro de Biotecnología, lleva su nombre. Emerson también fue mentor de otra ganadora del Premio Nobel, Barbara McClintock, una de las figuras centrales del siglo XX en la ciencia genética del maíz.

En las décadas de 1960 y 1970, Charles O. Gardner, el científico Husker que da nombre a la cátedra de Schnable, fue un líder en genética cuantitativa y fitomejoramiento. Gardner, profesor Regents de Agronomía, se desempeñó como presidente de la Crop Science Society of America y “desarrolló nuevas metodologías de mejoramiento y capacitó a toda una generación de estudiantes”, dijo Schnable.

Una vez secuenciado el genoma completo del maíz, los científicos podrán realizar importantes investigaciones de seguimiento para estudiar y determinar la función de genes individuales que no fueron identificados en investigaciones genómicas del maíz anteriores. "Muchos de estos genes probablemente estén involucrados en la capacidad del maíz para adaptarse a diferentes ambientes y diferentes tensiones", dijo Schnable.

La universidad “está bien posicionada para estudiar esto”, dijo Schnable, “porque tenemos una red de investigación y extensión muy poderosa y podemos cultivar variedades de maíz en todo el estado. Uno de mis grupos de investigación aquí en la universidad está probando cientos de híbridos de maíz a lo largo de las 400 millas de Nebraska y hasta Iowa”.

Estas iniciativas de investigación de Husker, dijo, "pueden ayudarnos a construir mejores modelos de cómo responden las plantas de maíz en diferentes entornos para que podamos desarrollar variedades que prosperen".