Hoy conocemos una interesante noticia sobre la avena, un cereal muy completo que suele formar parte de los desayunos. Una nueva investigación ha revelado uno de sus secretos mejor guardados, su mapa genético completo. Gracias a un esfuerzo internacional en el que han participado científicos de todo el mundo, se ha creado el atlas genético de la avena, un recurso que promete revolucionar la agricultura, enfrentarse a los retos del cambio climático y mejorar la salud humana a través de la alimentación.
El estudio que ha sido publicado en la revista científica Nature, lo dirige el consorcio internacional PanOat con la participación del Instituto de Biología, Medio Ambiente y Ciencias Rurales (IBERS) de la Universidad de Aberystwyth (Gales). En este trabajo colaboraron más de 40 grupos de investigación procedentes de Europa, América, Asia y Oceanía, con el objetivo de descifrar y catalogar el genoma completo de 33 variedades de avena, incluyendo tipos silvestres y cultivados para crear el primer atlas que reúne toda la información genética y funcional de este alimento.
La genética de la avena común (Avena sativa) es más compleja de lo que parece, a diferencia de otros cereales como el trigo o el arroz, posee tres genomas diferentes (A, C y D) que conviven dentro de cada célula. Cada uno de ellos es más grande que el genoma humano y juntos suman más de 12.000 millones de pares de bases, estructura que se formó hace al menos medio millón de años, cuando las especies silvestres ancestrales se cruzaron y se fusionaron de forma natural, dando lugar a una planta que cuenta con una diversidad genética excepcional.
A lo largo de milenios la avena ha estado presente en las comunidades humanas y animales como fuente energética y de salud, es rica en fibra soluble y especialmente en betaglucanos (tipo de fibra soluble natural), que ayudan a reducir el colesterol y mejoran la salud cardiovascular. Además, está libre de gluten, lo que la hace ideal para las dietas especiales y como ingrediente de valor en la industria de alimentos vegetales, como las bebidas de avena.
Los investigadores explican que detrás de su valor nutricional se escondía un rompecabezas genético, un enorme y repetitivo genoma que hasta ahora había dificultado los estudios genéticos durante varias décadas. Se trata de un pangenoma que revela toda su diversidad, así lo comenta el equipo de investigación que ha logrado ensamblar y anotar 33 genomas de avena, utilizando las tecnologías más avanzadas de secuenciación genética. Se trata de un pangenoma o biblioteca completa de todos los genes conocidos en la especie, tanto los compartidos por todas las variedades (los denominados genes “básicos”) como los exclusivos de algunas líneas silvestres o cultivadas (genes “variables”).
En total, los expertos han identificado más de 100.000 grupos de genes en la avena, de ellos, un 30 % forman el “núcleo” de la especie que es responsable de funciones esenciales como el crecimiento de las flores, la absorción de los nutrientes o la formación de la pared celular. El resto corresponde a genes que confieren a las plantas ventajas específicas como la resistencia a las enfermedades, la adaptación a climas extremos o la mejora de la calidad de los granos. Para los investigadores no hay duda de que estos descubrimientos ayudarán a los especialistas que desarrollan nuevas variedades de cultivos (fitomejoradores) a seleccionar con mayor precisión aquellos genes que resultan más valiosos, acelerando el desarrollo de cultivos de avena más productivos, saludables y sostenibles.
Cómo se expresan los genes de la avena
Además de mapear los genes, el equipo de investigadores analizó cómo se “encienden” o “apagan” durante las diferentes etapas del desarrollo de las plantas. Para ello crearon el primer pantranscriptoma de la avena, un mapa que muestra la actividad de miles de genes en seis partes o tejidos distintos de la planta, las raíces, las hojas, los tallos, las flores y los granos y embriones.
El análisis ha revelado una sorprendente dinámica, cuando una copia de un gen se pierde, las restantes pueden incrementar su actividad para compensar la pérdida. Sin embargo, esta compensación no siempre es perfecta, dependiendo de la distancia evolutiva entre los subgenomas. En este sentido, los investigadores brindan un ejemplo, los genes del subgenoma C se expresan de forma menos intensa que los de los genomas A y D, lo que podría mostrar una especialización funcional adquirida a lo largo de la evolución. Los expertos explican que entender estas interacciones es como escuchar la sinfonía genética de la avena, ya que cada subgenoma toca una melodía distinta, pero todas se combinan para producir una planta que es equilibrada y es adaptable.
Uno de los descubrimientos más llamativos de este nuevo atlas genético de la avena fue la identificación de grandes variaciones estructurales en los cromosomas (inversiones, translocaciones e intercambios de segmentos) que influyen directamente en la fisiología y el rendimiento de la planta. Para aclarar un poco, una inversión ocurre cuando un fragmento de un cromosoma se rompe y se reinserta en la dirección opuesta, es como si cortáramos una frase y pegáramos una parte del texto al revés. Por ejemplo, una inversión en el cromosoma 7D está asociada a una floración más temprana, ventaja necesaria en zonas donde las estaciones de cultivo son cortas o el clima es cambiante.
Otro ejemplo curioso es el de una translocación entre los cromosomas 2A y 2C que fue detectada en variedades australianas. Recordemos que una translocación es una alteración genética en la que un fragmento de un cromosoma, se rompe y se une a otro cromosoma diferente cambiando su posición dentro del genoma. Esta alteración que probablemente se produjo como efecto secundario de experimentos de mutagénesis en los años setenta, es ahora sorprendentemente común entre las avenas más productivas de Australia. Los datos muestran que esas variedades rinden hasta un 10 % más que otras que no cuentan con esta modificación, lo que sugiere que incluso los “errores genéticos” pueden terminar ofreciendo ventajas evolutivas.
Los investigadores comentan que también se ha descubierto cómo ciertas variedades sintéticas, es decir, creadas por cruces controlados entre especies silvestres, introdujeron genes de resistencia a las enfermedades ampliando la base genética de la avena moderna. En algunos casos estos cruces reemplazaron por completo cromosomas enteros modificando el modo en el que los genes se expresan y actúan en la planta.
Atlas genético de la avena, una herramienta para el futuro de los cultivos
Los resultados del atlas genómico de la avena ofrecen una enorme cantidad de información para la agricultura moderna, el equipo de investigación destaca que el conocimiento detallado del pangenoma permitirá predecir y evitar cruces incompatibles, mejorar la tolerancia al frío o la sequía, así como potenciar las cualidades nutricionales de los granos entre otros beneficios.
Ningún laboratorio habría podido abordar un proyecto de esta magnitud por sí solo, pero gracias al trabajo conjunto de diferentes instituciones de Canadá, Reino Unido, Alemania, Finlandia, Australia y España, entre otros, ahora la avena cuenta con una de las bases genómicas más completas. El proyecto ha demostrado que la biociencia moderna puede ayudar a afrontar los grandes desafíos del siglo XXI, como mejorar la resiliencia de los alimentos frente al cambio climático, o favorecer dietas más saludables para las personas y el planeta.
Pero el impacto de este trabajo no se limita a los campos de investigación, recordemos que la avena está viviendo un renacimiento en la alimentación humana. Su versatilidad la ha convertido en la base de las “leches” vegetales, los snacks saludables y los productos funcionales que responden a la creciente demanda de alternativas sostenibles y sin gluten. Con un conocimiento genético más profundo, los productores van a poder cultivar variedades que se adapten perfectamente a cada región optimizando el uso del agua y reduciendo el impacto ambiental.
Los investigadores creen que este atlas genético también servirá como modelo para otros cultivos, ya que la idea es crear pangenomas completos que abarquen toda la diversidad genética de las diferentes especies alimentarias, lo que sin duda transformará la agricultura. Hay que decir que el trabajo de investigación aún no ha terminado, ya que los expertos planean ampliar el estudio para incluir todas las especies del género Avena, que son más de treinta.
Podéis conocer todos los detalles del desarrollo e investigación del atlas genético de la avena a través de este artículo de la Universidad de Aberystwyth, y con todos los detalles en este artículo publicado en la revista científica Nature.
Crédito imágenes | Depositphotos.com
