Universidad
Politécnica de Madrid

14.12.23

El trigo es un cereal ampliamente cultivado y esencial para la alimentación de la humanidad, al aportar en torno al 20% a nivel mundial de la ingesta diaria de calorías y proteínas de la dieta. Sin embargo, al igual que el resto de la agricultura, se enfrenta al reto de garantizar la seguridad alimentaria de una población mundial en constante crecimiento, con la dificultad añadida que suponen la limitación de la superficie cultivable y las cambiantes condiciones climáticas. La mejora vegetal desempeña un papel fundamental gracias al desarrollo de cultivos mejorados que respondan a este reto.

Con este objetivo, investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (ETSIAAB) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), en colaboración con investigadores del INIA-CSIC (Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria) y JIC (John Innes Centre en Reino Unido), han realizado un análisis de asociación genómica con el fin de identificar nuevas regiones del genoma implicadas en el control genético de los caracteres relacionados con el rendimiento, el tamaño y la forma del grano y la adaptabilidad.

“Resulta necesario identificar nuevos genes o alelos favorables que controlen caracteres clave para la mejora del cultivo, como el rendimiento, para ayudar al desarrollo de variedades de alto rendimiento que ayuden a garantizar la seguridad alimentaria”, explica Matilde López Fernández, miembro del Grupo de Investigación ‘Mejora Genética de Plantas’ de la ETSIAAB y principal autora de este trabajo. Y es que esclarecer el control genético del rendimiento es todo un reto, ya que se trata principalmente de un carácter cuantitativo controlado por múltiples genes y afectado por factores ambientales.

Detalles de la región genómica: MTA (asociación carácter-marcador) más significativa con TKW (R2B.6)

Para desarrollar este trabajo, los investigadores han empleado y completado los datos genotípicos y fenotípicos, obtenidos en estudios previos de su grupo de investigación, de un conjunto de 189 variedades tradicionales de trigo blando, provenientes de la colección del Centro de Recursos Fitogenéticos del INIA-CSIC, que cubren toda la diversidad ecológica y geográfica de España. “Uno de los requisitos principales para los análisis de asociación es el uso de poblaciones altamente diversas, como han mostrado ser las variedades locales seleccionadas, que permitan capturar la variabilidad genética disponible para los caracteres de interés”, explica Laura Pascual, coautora del trabajo. “En este sentido, las variedades locales de trigo, cultivadas durante siglos de forma tradicional a lo largo de la geografía española, se han adaptado específicamente a las condiciones ecoclimáticas de sus diferentes regiones de origen y a sistemas agrícolas de bajos insumos, y representan una fuente de variabilidad genética muy valiosa aún por explotar en programas de mejora”, añade la investigadora de la ETSIAAB.

Identificadas nuevas regiones genómicas implicadas en el control del rendimiento

El análisis de asociación reveló un total de 881 asociaciones significativas, que se agrupaban en 366 regiones genómicas repartidas por todo el genoma del trigo e implicadas en el control de los caracteres evaluados. “Dado el elevado número de asociaciones detectadas en este estudio, nos centramos en aquellas que hallamos asociadas con, al menos, cuatro caracteres, obteniendo 33 regiones de particular interés en mejora”, detalla la investigadora Patricia Giraldo. “Además, por la importancia que tiene el rendimiento en los programas de mejora genética, decidimos profundizar en el estudio de las 6 regiones más prometedoras para el control del rendimiento, es decir, las asociadas a varios caracteres de tamaño y forma del grano, así como al peso de mil granos en al menos tres ambientes”, puntualiza.

El análisis en profundidad de los genes anotados en las seis regiones reveló un total de 15 genes candidatos para el control genético del tamaño y peso del grano. El análisis futuro de estos genes permitirá profundizar en la base genética de estos caracteres directamente relacionados con el rendimiento del trigo.

Para los autores, la importancia de estos resultados, publicados en la revista Theoretical and Applied Genetics y que forman parte de la tesis doctoral de Matilde López Fernández, realizada gracias a contrato predoctoral del Programa Propio de la UPM, radica en las posibilidades que plantea de cara a aumentar el rendimiento de los cultivos. “Estos resultados proporcionan un punto de partida para futuros análisis dirigidos a la identificación y validación de genes relacionados con el rendimiento del trigo”, explican los investigadores.

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López-Fernández, M., García-Abadillo, J., Uauy, M., Ruiz, P., Giraldo, L., Pascual. Genome wide association in Spanish bread wheat landraces identifies six key genomic regions that constitute potential targets for improving grain yield related traits. Theor Appl Genet 136, 244 (2023). https://doi.org/10.1007/s00122-023-04492-x