Un estudio histórico genera el primer atlas genómico para la mejora mundial del trigo

n un descubrimiento histórico para la producción mundial de trigo, un equipo internacional dirigido por una solicitud de la Universidad de Saskatchewan en EE. UU. Ha secuenciado los genomas de 15 variedades de trigo que representan programas de mejoramiento en todo el mundo, lo que permite a los científicos y mejoradores identificar mucho más rápidamente genes influyentes para mejorar el rendimiento y la resistencia a las plagas y otras características importantes de los cultivos.

Los resultados de la investigación, recién publicados en Nature , proporcionan el atlas más completo de secuencias del genoma del trigo jamás informado. La colaboración del Proyecto Genoma 10+ involucró a más de 95 científicos de universidades e institutos en Canadá, Suiza, Alemania, Japón, Reino Unido, Arabia Saudita, México, Israel, Australia y Estados Unidos. 

“Es como encontrar las piezas faltantes de su rompecabezas favorito en el que ha estado trabajando durante décadas”, dijo el líder del proyecto Curtis Pozniak, criador de trigo y director del Centro de Desarrollo de Cultivos de USask.

"Al tener disponibles muchos conjuntos genéticos completos, ahora podemos ayudar a resolver el enorme rompecabezas que es el pangenoma masivo del trigo y marcar el comienzo de una nueva era para el descubrimiento y el mejoramiento del trigo".

Se espera que los grupos científicos de la comunidad mundial del trigo utilicen el nuevo recurso para identificar genes vinculados a rasgos en demanda, lo que acelerará la eficiencia del mejoramiento. 

"Este recurso nos permite controlar con mayor precisión el mejoramiento para aumentar la tasa de mejora del trigo en beneficio de los agricultores y consumidores, y satisfacer las futuras demandas de alimentos", dijo Pozniak.

El trigo, uno de los cultivos de cereales más cultivados del mundo, desempeña un papel importante en la seguridad alimentaria mundial, ya que proporciona alrededor del 20% de la ingesta calórica humana a nivel mundial. Se estima que la producción de trigo debe aumentar en más del 50 por ciento para 2050 para satisfacer la creciente demanda mundial. 

En 2018, como parte de otro consorcio internacional, los investigadores de USask desempeñaron un papel clave en la decodificación del genoma de la variedad de trigo harinero  Chinese Spring ,  la primera referencia completa del genoma del trigo y un hito técnico significativo. Los hallazgos fueron publicados en la revista  Science .

"Ahora hemos aumentado el número de secuencias del genoma del trigo más de 10 veces, lo que nos permite identificar las diferencias genéticas entre las líneas de trigo que son importantes para la reproducción", dijo Pozniak. "Ahora podemos comparar y contrastar el complemento completo de las diferencias genéticas que hacen que cada variedad sea única".

Nils Stein del Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivo y co-líder del proyecto de Alemania dijo: “Dado el impacto significativo del genoma de referencia Chinese Spring en la investigación y la aplicación, es un logro importante que solo dos años después proporcionando recursos de secuencia adicionales que son relevantes para los programas de mejora del trigo en muchas partes diferentes del mundo ". 

El estudio 10+ Genome representa el comienzo de un esfuerzo mayor para generar miles de secuencias del genoma del trigo, incluido el material genético traído de los parientes silvestres del trigo.  

El equipo de investigación pudo rastrear las firmas de ADN únicas del material genético incorporado en cultivares modernos de varios de los parientes no domesticados del trigo por los criadores durante el siglo. 

"Estos parientes del trigo han sido utilizados por los mejoradores para mejorar la resistencia a las enfermedades y la resistencia al estrés del trigo", dijo Pozniak. “Uno de estos parientes contribuyó con un segmento de ADN al trigo moderno que contiene genes resistentes a enfermedades y brinda protección contra varias enfermedades fúngicas. Nuestros colaboradores de Kansas State University y CIMMYT (México) demostraron que este segmento puede mejorar los rendimientos hasta en un 10 por ciento. Dado que el mejoramiento es un proceso de mejora continua, podemos seguir cruzando plantas para seleccionar este valioso rasgo ".

El equipo de Pozniak, en colaboración con científicos de Agriculture and Agri-Food Canada y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, también utilizó las secuencias del genoma para aislar un gen resistente a insectos (llamado Sm1) que permite a las plantas de trigo resistir al mosquito de la flor del trigo naranja, un plaga que puede causar más de $ 60 millones en pérdidas anuales a los productores del oeste de Canadá.  

"Comprender un gen causal como este es un cambio de juego para la reproducción porque se puede seleccionar la resistencia a las plagas de manera más eficiente utilizando una prueba de ADN simple que mediante pruebas de campo manuales", dijo Pozniak. 

El equipo de USask también incluyó al primer autor del artículo, Sean Walkowiak (anteriormente con el equipo de Pozniak y ahora con la Comisión Canadiense de Cereales), el científico informático Carl Gutwin, que desarrolló un software de visualización y una base de datos fácil de usar para comparar las secuencias del genoma, y ??Andrew Sharpe, director de genómica y bioinformática del USask Global Institute for Food Security, quien realizó trabajos de secuenciación a través del Laboratorio de Agricultura Ómica y de Precisión, un laboratorio de vanguardia que brinda servicios de genómica, fenómica y bioinformática.  

El Proyecto Genoma 10+ fue sancionado como una prioridad máxima por la Iniciativa de trigo, un organismo coordinador de investigadores internacionales del trigo. 

“Este proyecto es un excelente ejemplo de coordinación entre los principales grupos de investigación de todo el mundo. Esencialmente, todos los grupos que trabajan en el descubrimiento de genes del trigo, el análisis de genes y el despliegue de tecnologías de mejoramiento molecular utilizarán el recurso ”, dijo el Coordinador Científico de la Iniciativa Wheat, Peter Langridge.

La financiación canadiense provino del proyecto de investigación canadiense Triticum Applied Genomics financiado por Genome Canada, Genome Prairie, Western Grains Research Foundation, Government of Saskatchewan, Saskatchewan Wheat Development Commission, Alberta Wheat Commission, Viterra, Manitoba Wheat and Celey Growers Association y Canada First Research Excellence Fund a través de la iniciativa de USasks Plant Phenotyping and Imaging Research Center.  

“Este proyecto es un excelente ejemplo de cómo la genómica puede apoyar una mayor resiliencia en la producción de alimentos y fortalecer el liderazgo de exportación de Canadá”, dijo el presidente y director ejecutivo de Genome Canada, Rob Annan.

“El despliegue de la genómica para adaptar la producción agrícola al cambio climático, abordar la inseguridad alimentaria y nutricional y mejorar la salud de los cultivos es bueno para los agricultores y los consumidores, y nuestra economía verá beneficios tangibles de esta investigación. Genome Canada está inmensamente orgulloso del trabajo excepcional de los investigadores canadienses y sus colaboradores internacionales, que subraya el potencial de la genómica para tener un impacto positivo en las vidas de los canadienses y otras personas en todo el mundo ".

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