El grupo de Desarrollo Reproductivo de Plantas (DREP), del Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario (IICAR, CONICET-UNR), en colaboración con colegas franceses e italianos, logró descifrar el genoma completo del pasto horqueta (Paspalum notatum Flüggé var. Saurae), una gramínea nativa de gran importancia económica para las regiones tropicales y subtropicales de Sudamérica, debido a su buena calidad y oferta forrajera.

Paspalum notatum es una especie capaz de formar semillas tanto por sexualidad -biparentales- como por apomixis -clones de la planta madre-. El trabajo, publicado en Scientific Data del grupo Nature, es clave para mejorar molecularmente esta forrajera nativa e identificar los genes que regulan su reproducción, facilitando el uso de este conocimiento en programas de mejoramiento vegetal de vanguardia, aplicable también en especies de importancia agronómica, como los cereales.

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El material vegetal utilizado para el estudio fue colectado en las cercanías de la ciudad de Cayastá, Provincia de Santa Fe, en la región considerada centro del origen de la especie. La investigación abre las puertas para la identificación de numerosos genes de interés agronómico -entre ellos, los que controlan la formación de semillas por vía sexual y asexual en las gramíneas-  y posee una amplia aplicación potencial en el mejoramiento vegetal de grandes cultivos como el maíz o el arroz.

Al respecto, el director del IICAR, investigador del CONICET, y coautor del artículo, Juan Pablo A. Ortiz, señala: “Es importante destacar que las especies del género Paspalum constituyen recursos forrajeros valiosos para las regiones tropicales y subtropicales de Sudamérica, y muchos de los genes identificados en este trabajo son de interés para la agronomía, como la tolerancia al estrés biótico y abiótico, la resistencia a enfermedades y la producción de biomasa”.

La importancia de la apomixis

“La apomixis representa una oportunidad única que nos ofrece la naturaleza para acelerar la generación de variedades híbridas adaptadas a ambientes diversos”, explica Ortiz. “Creo que un aspecto central de nuestro trabajo es la continuidad a lo largo del tiempo, el haber logrado una investigación básica ordenada durante casi treinta años, en el marco de colaboraciones nacionales e internacionales sólidas”. El investigador asevera que esto les permitió contar con información sobre el modo de reproducción y la genética de la especie, que es central a la hora de identificar los mecanismos que controlan la formación de semillas para aplicarlos al mejoramiento de plantas.

Se cree que la sexualidad y la apomixis son mecanismos reproductivos ancestrales, que han evolucionado en forma paralela en los distintos grupos de vegetales hasta desembocar en una diversidad de mecanismos y posibilidades de expresión. Sin embargo, la investigación sobre la formación asexual de las semillas se ha enfocado hasta el momento en un número limitado de especies. Al respecto, Silvina Pessino, directora del Grupo DREP y también coautora del trabajo, afirma: “En varias poblaciones naturales de plantas, estos tipos de desarrollos reproductivos se mantienen en equilibrio, para posibilitar tanto la aparición de variabilidad (por la vía sexual) como la propagación eficaz de los individuos más adaptados (por apomixis)”. Es un balance delicado, expresa, y detalla que en Paspalum notatum se logra confinando la sexualidad a individuos con dos juegos de cromosomas -esto es diploides-; mientras que la apomixis se da en los que presentan juegos múltiples -poliploides-.

Pessino sostiene que los programas de mejoramiento deben respetar ese fino equilibrio natural, para que las especies mejoradas puedan conservar y aumentar toda su riqueza genética. “Conocer en profundidad cómo se regulan los dos mecanismos naturales de formación de semillas permitirá aumentar la cantidad de alimentos producidos a nivel mundial, cuidando y preservando a la vez la naturaleza y complejidad de los ecosistemas”.

Un tesoro buscado durante décadas

“Iniciamos nuestro trabajo en los ‘90 cuando caracterizamos decenas de plantas de Paspalum notatum, hasta encontrar las mejores para desarrollar poblaciones que permitan estudiar la herencia de la apomixis”, recuerda Ortiz. Esos primeros estudios revelaron cuál es la región del genoma responsable de la formación de semillas clonales. “Ahora que logramos secuenciar de manera completa ese mismo genoma, contamos con información detallada sobre todos los genes que se ubican dentro de esa región”, explica el científico.

Por último, los investigadores dan cuenta de la importancia de la apomixis en el mejoramiento de cultivos: “Obtener un híbrido agronómicamente superior suele requerir más de diez años de trabajo, porque deben desarrollarse líneas parentales puras, que al cruzarse generen descendientes con características especiales”, expresa Ortiz. “Además, la semilla de ese híbrido debe recrearse año tras año, haciendo nuevos cruzamientos entre los parentales. Todo esto involucra un esfuerzo enorme, y una inversión económica importante, lo que restringe la producción de híbridos a unos pocos cultivos y eleva el precio de las semillas”, agrega Pessino. En este sentido, los investigadores explican que si se cruza una planta madre que se reproduce por sexualidad con un dador de polen apomíctico (capaz de formar semillas maternas), parte de los híbridos formados presentarán rasgos deseables para la agronomía y heredarán de su padre la capacidad de generar semillas clonales. Esto hace que la obtención de los materiales mejorados se de en un solo paso, sin necesidad de utilizar líneas puras ni de recrear las cruzas cada año. Así, el costo de las semillas se reduce dramáticamente y se acelera el proceso de selección permitiendo que los programas de mejoramiento se enfoquen en múltiples requerimientos específicos de cada región geográfica.

Este trabajo fue financiado por el CONICET, la ANPCyT y la UNR y forma parte de dos proyectos internacionales del programa MSCA-Horizon 2020-RISE de la Unión Europea, denominados MAD (Mechanisms of Apomixis Development) y POLYPLOID (The Polyploidy Paradigm And Its Role In Plant Breeding).

Referencias bibliográfica:

Vega JM, Podio M, Orjuela J, Siena LA, Pessino SC, Combes MC, Mariac C, Albertini E, Pupilli F, Ortiz JPA, Leblanc O.  (2024) Chromosome-scale genome assembly and annotation of Paspalum notatum Flüggé var. saurae. Scientific Data, 11, 891. https://doi.org/10.1038/s41597-024-03731-0.https://doi.org/10.1038/s41597-024-03731-0

Sobre investigación:

Juan Manuel Vega, becario doctoral del CONICET, integrante grupo DREP, IICAR-CONICET-UNR.

Maricel Podio, investigadora asistente del CONICET, integrante grupo DREP, IICAR-CONICET-UNR.

Julie Orjuela, investigadora del Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, Francia.

Lorena A. Siena, investigadora adjunta del CONICET, integrante del grupo DREP, IICAR-CONICET-NR.

Silvina C. Pessino, Investigadora principal del CONICET, directora del grupo DREP, IICAR-CONICET-UNR.

Marie-Christine Combes, investigadora del Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, Francia.

Cedric Mariac, investigador del Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, Francia.

Emidio Albertini, Profesor de la Università Degli Studi di Perugia, Perugia, Italia.

Fulvio Pupilli, investigador del IBBR-Consiglio Nazionale delle Ricerche, Perugia, Italia.

Juan Pablo A. Ortiz, Investigador principal del CONICET, integrante del grupo DREP, Director del IICAR-CONICET-UNR.

Olivier Leblanc, investigador del Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, Francia.

Fuente: conicet.gov.ar