* Para el estudio se analizaron las razas Cariaco, Costeño y Pira. Foto Cortesía: René Jiménez, ingeniero agrónomo, investigador del GIRFIN.

Agricultura & Ganadería

(UN – Jueves 22 de agosto de 2024).- El maíz, uno de los cultivos más antiguos de América y fundamentales para la alimentación, presenta una vasta diversidad genética que durante décadas ha sido objeto de estudios; el más reciente adelantado en Colombia analizó los genes de 3 variedades, lo que permitió identificar cómo se adaptan a enfermedades y condiciones climáticas, un dato relevante para conservar este alimento.

Los científicos del Grupo de Investigación en Recursos Fitogenéticos Neotropicales (GIRFIN) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, en conjunto con la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, de la Universidad de São Paulo en Piracicaba (Brasil), querían evaluar si existían diferencias cromosómicas entre 3 razas de maíz criollas: Cariaco, Costeño y Pira.

Los maíces de la raza Cariaco tienen un tamaño total de cromosomas de 53,10 μm, físicamente presentan mazorcas de gran tamaño con granos de color amarillo y una textura lisa. Son conocidos por su adaptabilidad y uso versátil en diferentes condiciones agrícolas.

Por su parte, la raza Costeño se caracteriza por sus granos de color amarillo a dorado; su estructura incluye cromosomas con un par metacéntrico, que contribuye a una apariencia robusta. Es apreciado por su resistencia y capacidad de crecimiento productiva en zonas costeras como la región Caribe.

La raza Pira tiene mazorcas con granos que pueden variar entre amarillo y rojo. Físicamente, son más pequeñas y a menudo tienen una textura rugosa. Es una de las razas más antiguas de Colombia, representa una conexión con las variedades ancestrales manteniendo características originales vitales para la diversidad genética del maíz colombiano.

En Colombia, por ejemplo, se cultivan 42 razas de maíz criollo, cada una con características morfológicas y genéticas que las distinguen, entre ellas el tamaño de la mazorca, el color y la textura de los granos, así como su adaptabilidad a diferentes altitudes y condiciones climáticas. Sin embargo, su caracterización ha sido tradicionalmente limitada a estudios morfológicos y moleculares.

En este estudio pionero se analizaron las características cromosómicas de estas 3 razas de maíz colombiano y se revelaron diferencias importantes para proponer una nueva alternativa de clasificación para este tipo de razas: el lote haploide, que mide el tamaño total de los cromosomas en células, mostró que la raza Cariaco tiene un lote de 53,10 μm, el Costeño de 53,77 μm, y el Pira de 49,27 μm.

Para abordar este estudio, los investigadores emplearon técnicas de citogenética tanto clásica como molecular. La citogenética es una rama de la genética que se enfoca en el estudio de los cromosomas, su estructura, función y comportamiento durante la división celular.

Esta técnica se utiliza con más frecuencia en animales y humanos para determinar, por ejemplo, alteraciones como el síndrome de Down, observar directamente los cromosomas bajo el microscopio y analizar su morfología, por lo que demostró resultados prometedores en la investigación, abriendo nuevas posibilidades para el estudio de la biodiversidad vegetal.

El proceso inició en el Laboratorio de Citogenética de la UNAL Sede Palmira, en donde se utilizaron técnicas de citogenética clásica, “el análisis incluyó la observación de cromosomas en células de raíz de maíz criollo, utilizando sustancias como la 8-hidroxiquinoleina para detener la división celular en la fase de metafase, momento en el cual los cromosomas son más visibles y fáciles de analizar”, explica el ingeniero agrónomo José Rene Jiménez Cardona, investigador del GIRFIN.

Posteriormente el estudio avanzó hacia la citogenética molecular, en colaboración con la Universidad de São Paulo. Esta técnica permitió combinar la observación directa de los cromosomas con la identificación de secuencias genéticas específicas mediante el uso de sondas de ADN, además de identificar y clasificar la estructura de los cromosomas individuales, e identificar genes específicos asociados con características importantes como la resistencia a factores bióticos (enfermedades) y abióticos (estrés por temperatura, inundaciones, etc.).

Los resultados revelaron diferencias significativas en la morfología cromosómica entre las 3 razas de maíz analizadas, las cuales se manifestaron en variaciones en el tamaño, la forma, el número y tipo de cromosomas, así como en la presencia de anormalidades y su distribución. A diferencia de los estudios tradicionales, que se limitan a observar características físicas o a secuenciar el ADN, este estudio proporcionó una visión más completa de la diversidad genética.

Según el investigador Jiménez, “al identificar diferencias cromosómicas entre las razas es posible desarrollar estrategias de conservación más efectivas que preserven la diversidad genética existente para su prospección”. Además, la caracterización citogenética se puede utilizar para seleccionar razas con características deseables y cruzarlas para obtener híbridos con mejor rendimiento y mayor resistencia a condiciones adversas.

El trabajo estuvo dirigido por los profesores Creuci María Caetano, desde la UNAL Sede Palmira, y Mateus Mondin desde la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz en Brasil.

* En Colombia, el rendimiento de la yuca varía según la región, oscilando entre 12 y 18 toneladas por hectárea. Foto Cortesía: Unimedios.

Agricultura & Ganadería

(UN – Jueves 22 de agosto de 2024).- En el municipio de Palmira (Valle del Cauca) funciona el Banco de Germoplasma Semillas del Futuro, una de las principales reservas mundiales de diversidad genética que conserva la colección de yuca más grande del planeta, con muestras provenientes de 4 continentes. Esta riqueza ha sido esencial en la búsqueda de resistencia a la enfermedad raya marrón, que representa una amenaza potencial para la seguridad alimentaria, al causar pérdidas de hasta del 60 % de la producción, como se ha evidenciado en África Oriental y Central.

Desde el suroccidente colombiano, el Banco de Germoplasma, gestionado por la Alianza Bioversity International y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), conserva y distribuye material vegetal de las 3 colecciones globales más importantes de frijol, forrajes tropicales y yuca, la cual cuenta con 5.963 accesiones in vitro, correspondientes a 23 especies provenientes de 28 países.

En su orden de importancia por cantidad de material vegetal de yuca se encuentran Colombia, Brasil, Perú, Indonesia, Venezuela, Paraguay, Argentina, Ecuador, México, Costa Rica, Guatemala, Cuba, Malasia y Panamá, entre otros países. De estas, el 82% son variedades criollas, el 10% mejoradas y el 8% silvestres. Esta diversidad refleja la riqueza biológica del país y del mundo en este alimento primordial de la canasta básica familiar.

El Banco opera con el marco del Acuerdo Normalizado de Transferencia de Materiales (ANTM) del Tratado Internacional sobre los Recursos Fitogenéticos para la Alimentación y la Agricultura (TIRFAA) de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), y con él se busca garantizar la conservación de la diversidad genética del frijol, yuca y forrajes –3 alimentos vitales para la soberanía alimentaria del mundo– y promover programas de investigación y mejoramiento de cultivos. Aquí se han formado estudiantes de pregrado y posgrado de la UNAL Sede Palmira.

Raya marrón de la yuca en África, amenaza a la biodiversidad

Una de las principales enfermedades que enfrenta la yuca es el virus de la raya marrón de la yuca, causada principalmente por dos virus pertenecientes al género Ipomovirus (familia Potyviridae): el Cassava brown streak virus (CBSV) y el Ugandan cassava brown streak virus (UCBSV).

“Esta enfermedad se manifiesta con lesiones necróticas de color marrón en las raíces, clorosis foliar, que son como manchas blanquecinas en las hojas y rayas marrones en los tallos, por lo que la yuca no se puede consumir”, explica la agrónoma Jessica Alejandra Ospina Colorado, candidata a magíster en Ciencias Biológicas con énfasis en Biotecnología Vegetal de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, encargada en el Banco de Germoplasma Semillas del Futuro del establecimiento del banco de tejido y banco de ADN de las colecciones de yuca y de frijol.

Utilizando material del Banco, y mediante un análisis de asociación genómica, con su tesis contribuyó al estudio de este virus con la identificando 28 marcadores tipo SNP (que son cruciales para la identificar de genes asociados con enfermedades) vinculados a la presencia/ausencia y escala de severidad de los síntomas causados por el virus.

Esta identificación se realizó a partir de los resultados de un estudio anterior realizado por un grupo de investigación independiente que hizo inoculaciones artificiales con la cepa de la enfermedad. “De estos, 5 marcadores fueron altamente significativos y estaban asociados con diferentes proteínas, cuyas funciones se han relacionado con reconocimiento de patógenos o activación de respuesta inmune”.

Mediante el uso de la plataforma DArTseq, que emplea enzimas para realizar cortes a lo largo del genoma, que toda la información genética de un individuo, se secuenciaron 121.405 marcadores. Tras aplicar una serie de filtros a los datos, la investigadora seleccionó los altamente informativos y de calidad.

Luego realizó un análisis de asociación utilizando la herramienta GAPIT, con la que evaluó diferentes modelos estadísticos para identificar regiones de QTLs (conjuntos de genes) más asociadas con la resistencia al virus. Se seleccionaron 4 marcadores con capacidad para explicar un alto porcentaje de la varianza fenotípica (diversidad de rasgos de las yucas) y se definió el genotipo favorable para cada uno de los 4 marcadores seleccionados, es decir aquellos que podrían presentar la enfermedad.

Luego, en un panel de 5.302 accesiones de yuca (muestras de semillas), para las cuales el Banco de Germoplasma ya cuenta con datos genotípicos DArTseq, se evaluaron cuáles accesiones contaban con una mayor proporción de los genotipos favorables.

Así logró seleccionar y predecir 30 accesiones de yuca conservadas en el Banco de Germoplasma que presentan potencial resistencia a la enfermedad, por lo que fueron propuestas y serán incluidas en estudios posteriores de infección natural o artificial para su validación.

La investigadora Ospina explica que “las accesiones de germoplasma son muestras representativas de la diversidad agrícola, las cuales se recolectan, se conservan y se estudian para su mejoramiento. Estas pueden incluir semillas, esquejes, tubérculos u otro material vegetal que se pueda emplear para reproducir las plantas”.

Los resultados de este proyecto contribuirán en el mejoramiento de las variedades sembradas en el continente africano y en la preparación de la región ante el riesgo de que esta enfermedad aparezca a futuro, ya que en África ha dejado pérdidas para la producción de este alimento.

La investigación fue dirigida por la doctora Mónica Carvajal Yepes, coordinadora del Banco Digital de Semillas del Futuro en donde se realizó el trabajo de investigación, y codirigido por la profesora Diana López Álvarez, del Grupo de Investigación en Diversidad Biológica de la UNAL Sede Palmira.