Cuando los agricultores de la antigüedad recogían sus cultivos, algunos guardaban las semillas producidas por las plantas de mejor rendimiento y las sembraban al año siguiente. Gradualmente, esta selección condujo a mejores y mejores resultados, como aumentar el tamaño y la cantidad de granos de maíz, características que ayudaron a allanar el camino hacia el maíz moderno. Ahora, un equipo dirigido por investigadores en China ha identificado un solo gen detrás de este aumento crucial de la productividad en el maíz y también lo vinculó con mejoras tempranas en las cosechas de arroz.
“Nunca antes había visto algo así”, dice Matthew Paul, genetista de plantas de Rothamsted Research, que no participó en el nuevo estudio. Y el descubrimiento sugiere que puede ser posible mejorar otros cultivos de cereales, como el trigo, simplemente cambiando un solo gen. “Encontrar algo como esto que pueda mover la aguja es intrigante”, dice Jeff Habben, fisiólogo de plantas de Corteva, una empresa que genera nuevas variedades de maíz y otros cultivos.
El rendimiento de granos generalmente está controlado por un conjunto complejo de muchos genes, lo que dificulta que los fitomejoradores tradicionales obtengan más que ganancias incrementales cada año. En 2004, el genetista y mejorador de maíz Li Jiangsheng de la Universidad Agrícola de China (CAU) comenzó a explorar la genética del teosinte, el enclenque ancestro silvestre del maíz, que los primeros agricultores domesticaron y criaron para crear maíz comestible. Un gran cambio: mientras que el teocintle tiene solo dos hileras de granos, el maíz moderno tiene más de una docena. Para comprender qué cambió genéticamente, Li y sus colegas pasaron años creando un tipo intermedio experimental de maíz que tiene seis hileras.
Mediante el mapeo de marcadores genéticos, Li y un equipo aún más grande identificaron un gen que influye en la cantidad de hileras de granos en este maíz cultivado en laboratorio. Llamaron al gen KRN2, para el número de fila del kernel. Dos tipos de experimentos demostrados KRN2efectos de . Cuando los investigadores aumentaron la actividad del gen, las plantas produjeron mazorcas con dos hileras menos de granos. Por el contrario, cuando eliminaron o desactivaron el gen, las plantas produjeron mazorcas con dos filas adicionales. En pruebas de campo, la eliminación del gen aumentó el peso de la cosecha de maíz en un 10 % sin efectos secundarios indeseables obvios, informa hoy el equipo en Ciencia.
Los investigadores dicen que sus estudios sugieren que los antiguos agricultores de maíz habían, en efecto, seleccionado cambios genéticos en una región del ADN que frena KRN2la actividad de; esos cambios aflojaron el freno, aumentando así las filas de granos. Y el equipo descubrió que los antiguos agricultores de arroz también podrían haber explotado un mecanismo genético similar. Yang Xiaohong, biólogo molecular de CAU, ayudó a demostrar que un gen muy similar, al que llaman OsKRN2, tiene la misma función en el arroz, influyendo en el número de panículas, las pequeñas ramas con semillas. “Cuando obtuvimos los resultados en el otoño de 2020, estábamos emocionados”, dice. Las pruebas de campo mostraron nocaut OsKRN2 aumentó los rendimientos del arroz en un 8%.
Los investigadores todavía están tratando de entender exactamente cómo los dos genes influyen en la cantidad de granos en el arroz o el maíz. La mayor parte de ese trabajo involucra variedades de arroz y maíz utilizadas principalmente para la investigación, pero el equipo también ha modificado KRN2 en una de las variedades de maíz más comunes plantadas en China, llamada Zhengdan958. “Ahí es donde el caucho llega a la carretera, desde el punto de vista de la industria”, dice Habben. Los resultados iniciales sugieren que eliminar el gen agrega una fila adicional de granos.
Mientras tanto, investigadores del CAU intentan modificar una versión de KRN2 en trigo por la corazonada de que KRN2 también podría aumentar el grano en otros cereales. El equipo de la CAU también tiene previsto comprobar si KRN2 podría ayudar a aumentar el rendimiento de grano en los parientes silvestres de las gramíneas, un primer paso hacia la creación de nuevos cultivos que tengan una mayor resiliencia frente a condiciones ambientales más duras, como la sequía o el calor.
Es posible que haya muchos más genes de cultivos clave que los antiguos agricultores favorecían sin saberlo, y que ahora podrían ser aprovechados por los fitomejoradores modernos. En un primer paso para identificarlos, uno de los autores del nuevo estudio, el criador molecular Yan Jianbing de la Universidad Agrícola de Huazhong, buscó signos de selección en los genomas del arroz y el maíz. Él y sus colegas encontraron 488 genes además de KRN2 y OsKRN2 que se sometieron a selección en ambos granos. Kan Wang, biólogo molecular de la Universidad Estatal de Iowa, está impresionado por el alcance del análisis. “Proporcionan una gran evidencia”, dice ella. «Es un trabajo duro.»
Muchos de estos genes están involucrados en el metabolismo del almidón, lo cual tiene sentido porque las plantas llenan sus semillas con almidón. Hace mucho tiempo, los agricultores probablemente seleccionaron plantas que portaban esos genes para ayudar a llenar sus estómagos con cosechas más abundantes de arroz y maíz.
