Un nuevo genoma del maíz explica por qué es el cultivo más adaptado

La contabilidad de la secuencia de las letras de ADN en los diez cromosomas de la planta -que se detalla en un artículo que se publica en ‘Nature’- revela que los tipos de maíz son mucho menos similares en el nivel del genoma que las personas.

“Nuestro nuevo genoma del maíz muestra cuán increíblemente flexible es esta planta, una característica que se deriva directamente de la forma en que está organizado su genoma”, detalla la investigadora Doreen Ware, del ‘Cold Spring Harbor’ (CSHL, por sus siglas en inglés) y el Departamento de Agricultura de Estados Unidos, que dirigió a científicos de siete instituciones académicas y varias compañías de tecnología genómica en el proyecto. La noticia fue publicada por la agencia española EuropaPress

Esta flexibilidad no sólo ayuda a explicar por qué el maíz ha tenido tanto éxito desde su adaptación por los agricultores hace miles de años, sino que también es un buen presagio de su capacidad de crecer en nuevos lugares a medida que cambia el clima de la tierra y para aumentar la productividad y la sostenibilidad ambiental de la planta en Estados Unidos y el extranjero.

El genoma del maíz es grande, pero su tamaño no es realmente el responsable de lo que los científicos llaman la “plasticidad fenotípica” de la planta, es decir, el rango potencial en su capacidad de adaptación. Al tratar de determinar qué posibilidades están disponibles para que una planta se adapte a condiciones nuevas o cambiantes, es tanto el contexto en el que se activan o silencian los genes como la identidad de los propios genes la que determina qué conjunto total de genes permite que una planta lo haga, según explica Ware.

Es precisamente este contexto de actividad génica -variaciones en la forma en que los genes de la planta están regulados en diferentes individuos a través de la especie- lo que el nuevo genoma está sacando a la luz.

Al ensamblar un genoma de referencia muy preciso y muy detallado para una importante línea de maíz llamada B73 y luego compararlo con mapas genómicos para plantas de maíz de otras dos líneas (W22 y Ki11), cultivados en diferentes climas, el equipo de secuenciación llegó a un asombroso hallazgo.

Plasticidad fenotípica

“Los tipos el maíz son mucho menos similares en el nivel del genoma de lo que la gente es, por una cosa”, dice Ware. Los mapas del genoma de dos personas coincidirán cada uno con el genoma humano de referencia en alrededor del 98 por ciento de las posiciones del genoma. Los seres humanos son virtualmente idénticos, en términos del genoma.

“Pero hemos descubierto que dos tipos de maíz (de las líneas W22 y Ki11) se alinean cada uno con nuestro nuevo genoma de referencia para el maíz B73 en promedio. ¡La organización de su genoma es increíblemente diferente!”, añade.

Esta diferencia entre los tipos de maíz es una reflexión “no sólo de los cambios en la secuencia de los genes mismos, sino también dónde y cuándo se expresan los genes y a qué niveles”, explica la primera autora del documento, Yinping Jiao, investigadora postdoctoral junto a Ware, también en EuropaPress.

Es posible conocer estas variabilidades en la expresión génica en un detalle sin precedentes en la nueva secuencia del genoma de referencia. El primer genoma de referencia para el maíz, completado en 2009, fue un hito importante, pero debido a la tecnología ya obsoleta, produjo un “texto” de genoma final más parecido a una versión de velocidad de lectura que a un ajuste para una lectura cercana, según afirma Ware.

La secuencia de 2009 carecía de dos cosas. La llamada tecnología de secuenciación de primera generación no podía resolver el gran número de secuencias repetitivas en el genoma del maíz y tendía a perder un número significativo de espacios entre genes. Como se tuvieron que juntar tantas piezas diminutas para formar un todo, fue particularmente difícil captar con precisión los muchos lugares en el maíz donde las letras de ADN forman secuencias repetitivas largas.

Las secuencias repetidas son especialmente importantes en el maíz, debido a la particular forma en que su genoma evolucionó durante millones de años.

La nueva secuencia hace uso de lo que los biólogos llaman la secuenciación de larga lectura, que, como su nombre sugiere, reúne un genoma completo de muchas menos piezas, alrededor de 3.000 frente a las más de 100.000 piezas más pequeñas para construir el genoma de 2009 de referencia. La nueva tecnología también es mucho más barata; el esfuerzo recién terminado costó alrededor de 150.000 dólares, en comparación con más de 35 millones de dólares de su predecesor.

La tecnología de larga lectura, al dar a los científicos una visión granular del espacio entre los genes en el maíz, arroja luz sobre cómo están regulados los genes, ya que los elementos reguladores a menudo están físicamente situados en regiones justo arriba o abajo de genes. “Debido a su increíble plasticidad fenotípica -concluye Ware- están disponibles muchísimas combinaciones más para esta planta. Esto significa que tenemos una variación muy grande en el componente regulador de la mayoría de los genes de la planta.

Tienen mucha adaptabilidad más allá de lo que vemos que están haciendo ahora. Eso tiene implicaciones enormes para el cultivo de maíz a medida que aumenta la población y el clima experimenta grandes cambios en el período inmediatamente anterior a nosotros”.