El estudio, desarrollado en el marco de una colaboración con investigadores franceses e italianos, es esencial para identificar los genes que controlan la formación de semillas clonales (apomixis) y otros caracteres de interés agronómico para su uso en el mejoramiento vegetal.
Investigadores del grupo de Desarrollo Reproductivo de Plantas (DREP) del IICAR, en colaboración con investigadores franceses del Institut de Recherche pour le Développement, de Montpellier, Francia y de la Università Degli Studi di Perugia y el Istituto di Bioscienze e BioRisorse, CNR, de Perugia, Italia, lograron descifrar el genoma completo del pasto horqueta, una gramínea forrajera nativa, que es capaz de formar semillas clonales (genéticamente idénticas) a la planta madre. El trabajo fue publicado en la prestigiosa revista Scientific Data del grupo Nature http://(https://doi.org/10.1038/s41597-024-03731-0).
La investigación forma parte de proyectos nacionales financiados por la ANPCyT, el CONICET y la UNR y de 2 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). Como material vegetal se utilizó un biotipo natural colectado en las cercanías de la ciudad de Cayastá, Provincia de Santa Fe, en la región que es considerada el centro de origen de la especie. El equipo científico logró descifrar el genoma mediante la combinación de técnicas de secuenciación del ADN de tercera y cuarta generación (Illumina Hiseq y Oxford Nanopore) y el uso de herramientas bioinformáticas novedosas. Más de cuarenta y cinco mil genes fueron predichos y localizados a lo largo de los diez cromosomas de la especie, junto a todas las demás características del genoma (nivel de heterocigocidad, cantidad y tipos de elementos repetitivos y tipos de ARN). Los resultados obtenidos permitirán conocer las vías moleculares que controlan la formación de semillas clonales en la especie, e identificar genes relacionados con otras características agronómicas de interés como la producción de biomasa, la calidad del forraje y la resistencia a factores bióticos y abióticos. Toda esta información es de suma importancia para los programas de mejoramiento de la especie.
El pasto horqueta es una especie forrajeras difundida en los campos naturales de las regiones tropicales y subtropicales de Sudamérica. La especie presenta un sistema reproductivo complejo que combina la formación de semillas por sexualidad (es decir, mediante el desarrollo del embrión luego de la fusión de las gametas femeninas y masculinas) y por apomixis (esto es, a partir del desarrollo del embrión por partenogénesis, sin fusión de las gametas parentales). Este sistema genera semillas cuyos embriones tienen una constitución genética idéntica a la planta madre. Mientras que la vía sexual asegura la variabilidad genética y la adaptación, la apomixis fija y multiplica, por semillas, las combinaciones genéticas más adaptadas. La apomixis tiene importantes aplicaciones en el mejoramiento de los cultivos. Obtener un híbrido agronómicamente superior por el sistema normal de reproducción sexual requiere varios años de trabajo que incluyen el mantenimiento de líneas puras y su cruzamiento para generar los híbridos. Además, los híbridos obtenidos deben ser recreados año tras año, haciendo nuevos cruzamientos entre los parentales. Todo esto involucra un esfuerzo enorme, y una inversión económica importante, lo cual restringe la producción de híbridos a pocos cultivos y eleva el precio de las semillas.
En el sistema sexualidad/apomixis, se cruza una planta madre que se reproduce por sexualidad con un dador de polen apomíctico. Parte de los híbridos formados presentarán los rasgos agronómicos deseables y algunos heredarán de su padre la capacidad de generar semillas por apomixis. Entonces, los descendientes con buenas características agronómicas y reproducción apomíctica, pueden ser seleccionados y multiplicados directamente por semillas para obtener un cultivar. Esta tecnología hace que el desarrollo de nuevos 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. Este sistema permite además enfocar los objetivos de los programas de mejoramiento a requerimientos específicos de cada región ecológica particular. El uso combinado de la sexualidad y la apomixis ya se implementa con éxito en los programas de mejoramiento de algunas especies que presentan naturalmente ambos modos de reproducción. La transferencia de esta tecnología a especies de gran cultivo tendría un impacto decisivo en la producción de alimentos a nivel mundial. Por eso, existe un interés creciente en conocer las bases moleculares de esta característica y desarrollar herramientas para transferir el carácter a las especies de gran cultivo. Enlace al artículo publicado: https://doi.org/10.1038/s41597-024-03731-0
Referencia bibliográfica Vega JM, PodioM, OrjuelaJ, 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
Autores del trabajo
Juan Manuel Vega, becario doctoral de CONICET, integrante grupo DREP, IICAR-CONICET-UNR.
Maricel Podio, investigadora asistente de CONICET, integrante grupo DREP, IICAR-CONICET-UNR.
Julie Orjuela, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, Francia.
Lorena A. Siena, investigadora adjunta de CONICET, integrante del grupo DREP, IICAR-CONICET-UNR.
Silvina C. Pessino, Investigadora Principal de CONICET, directora del grupo DREP, IICAR-CONICET-UNR.
Marie-Christine Combes, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, Francia.
Cedric Mariac, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, Francia.
Emidio Albertini, Università Degli Studi di Perugia, Perugia, Italia.
Fulvio Pupilli, IBBR-Consiglio Nazionale delle Ricerche, Perugia, Italia.
Juan Pablo A. Ortiz, Investigador Principal de CONICET, integrante del grupo DREP, Director del IICAR-CONICET-UNR.
Olivier Leblanc, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, Francia.
Leyendas de las Figuras
Figura 1. Integrantes del grupo DREP del IICAR-CONICET-UNR, coautores del trabajo de secuenciación del genoma de Paspalum notatum. Adelante (de izquierda a derecha): Juan Manuel Vega, Lorena Siena, Maricel Podio. Atrás (de izquierda a derecha): Juan Pablo A. Ortiz, Silvina C. Pessino.
Figura 2. a: Croquis de la localización geográfica del sitio de coleeción del biotipo secuenciado, b: población natural de pasto horqueta creciendo en Cayastá, provincia de Santa Fe. En algunos individuos se distinguen las típicas inflorescencias con dos racimos que forman la horqueta.
Figura 3: Costa del río Paraná, a la altura de la ciudad de Cayastá, Provincia de Santa Fe, cerca del sitio de colecta.
