Develan genoma del maíz

Por Arturo Barba/Sapiens

El maíz es asombroso: está compuesto por un genoma más grande que el del ser humano con dos mil millones de bases de ADN, ordenadas en 32 mil genes y empaquetadas en apenas 10 cromosomas, mientras que el genoma humano sólo tiene 20 mil genes. De hecho, existen más variaciones genéticas entre maíces que entre las diferentes etnias humanas y los simios. Pero también es más complejo y cuenta con un número sin precedentes de secuencias largas, nunca antes vista en otros alimentos. Cerca del 85 por ciento de su genoma tiene patrones de expresión genética repetitiva. “Es como si en realidad tuviera dos genomas separados y con hasta cuatro copias de muchos de sus genes”, señalan los investigadores en cuatro artículos publicados el 20 de noviembre de 2009 en la revista Science. “La complejidad no está dada por el número de bases sino por el número de genes y cómo se establecen las redes de regulación entre esos genes”, explica Luis Herrera Estrella, investigador del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) Unidad Irapuato, coautor de uno de los estudios sobre el cereal que se publica hoy. Herrera dice que una de las posibles explicaciones de por qué tiene más genes que el ser humano es porque las plantas requieren este arsenal genético para confrontar el medio ambiente, la sequía, las plagas y las enfermedades sin poder moverse. Complejidad genética Tras once años y más de 200 millones de dólares, el análisis del principal alimento mexicano fue realizado por un grupo de 150 investigadores estadounidenses de las Universidades de Arizona, Washington, Estatal de Iowa, entre otras, apoyadas por la National Science Foundation y la Secretaría de Agricultura de los EEUU. Estos resultados fueron obtenidos de una variedad de maíz híbrida, llamada B73 es una variedad de maíz creada en Estados Unidos (el principal productor de maíz en el mundo con más de 200 millones de toneladas) a inicios de la década de los 70, y actualmente es una de las más usadas en el mundo para la alimentación humana, la animal y su procesamiento industrial como biocombustible. Tiene “genes salteadores” o transposons, que se mueven de un sitio a otro del genoma y que componen partes significativas del material genético. De ahí su complejidad. Los científicos consideran que a lo largo de miles de años el maíz ha duplicado algunos genes, ha mezclado otros y algunos adquirieron nuevas funciones. “El genoma del maíz es un verdadero laberinto, por las repeticiones confusas y los callejones sin salida que han preocupado a los secuenciadores por años”, dice David Schwartz de la Universidad de Wisconsin-Madison y coautor del desciframiento. “Tiene una de las secuencias más complejas de ADN analizadas nunca”. Por ello, no es de extrañar que un bosquejo previo del genoma del maíz, realizado por el mismo grupo en 2008, arrojara que la planta tenía 50 mil genes. Pero cuando se analizó el arreglo correcto de millones de segmentos de ADN, los científicos concluyeron que el número de genes es de 32 mil. “Teníamos un mapa rudimentario para guiarnos, pero debido a la naturaleza repetitiva del genoma, algunas de esas señales eran erróneas”, afirma Sandra Clifton, de la Universidad de Washington. “Tomó los esfuerzos de muchos científicos para identificar la colocación correcta del genes”. Debido a la complejidad del genoma, los investigadores utilizaron un método de secuenciación más complejo con tecnologías de última generación, con un sistema de mapeo o trazado óptico, desarrollado en el Laboratorio de Computación Molecular y Genómica de la Universidad de Wisconsin. A diferencia de los secuenciadores de genes tradicionales, que examinan el ADN letra por letra, los sistemas de mapeo o trazado óptico observan con microscopios automatizados piezas grandes del ADN que sirven de base para ser complementadas por los datos y componentes producidos por los secuenciadores. Los trozos de ADN son marcados en una especie de código de barras y teñidos con tinta fluorescente. Cuando estas moléculas se exponen a luz láser, la cantidad de luz fluorescente que emiten revela cada característica de la molécula, de esta manera, los microscopios pueden clasificar millones de trozos. Posteriormente, los pedazos de ADN más grandes son ensamblados con secuenciadores y, una vez que se obtiene la información óptica, se correlaciona con la información letra por letra de los secuenciadores, que requirió un sistema manejado por centenares de computadoras. Inicio de la domesticación del maíz El maíz es el principal alimento mexicano y el tercer cereal en importancia en el mundo, después del arroz y el sorgo, y con estos resultados investigadores de todo el mundo podrán analizar las semejanzas y diferencias genéticas entre variedades de maíz o con otros alimentos. “El impacto más importante de este logro es en el conocimiento de la diversidad genética”, señala Herrera Estrella, uno de los coautores de la secuencia del maíz palomero que también se publica en Science. “Nos permitirá identificar aquellos alelos (diferencias en las secuencias de los genes) que le dan propiedades a los diversos tipos de maíz y que pueden ser utilizados para realizar mejoramiento más rápido y preciso de otras variedades”. Con estos resultados, los investigadores podrán analizar si el orden de este genoma y las variaciones o repeticiones de sus patrones son responsables de la capacidad que tienen los distintos tipos de maíz para adaptarse a los muy diversos ambientes del suelo mexicano y del mundo. De ahora en adelante, se tratará de descubrir cuáles variaciones hacen que el maíz sea más adecuado para hacer palomitas, pozole, tamales, tortillas, tostadas o para alimentar animales, o bien, producir biocombustibles. Para el experto del Cinvestav, el genoma del maíz tiene muchas más mutaciones y variaciones que el ser humano y una vez que se entiendan estos patrones, tendremos la capacidad de desarrollar rápidamente híbridos de maíz más productivos o conocer las características únicas de las entre 5 mil y 50 mil variedades de maíz que se estima existen en México. Al descifrar el genoma del maíz palomero, el grupo de Luis Herrera Estrella encontró que la domesticación de este grano en el mundo inició en los alrededores del Río Balsas y del Nevado de Toluca, hace 10 mil años. “Encontramos alrededor de 670 secuencias que se conservaron durante la domesticación del maíz”, dijo Herrera. “Hay un grupo de genes que ayudaron al maíz a tolerar los metales pesados que se generaron en las erupciones volcánicas den Nevado de Toluca hace entre 8 mil 500 y 10 mil 500 años”.

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