La caña de azúcar, el cultivo más cosechado por tonelada en el mundo, ha dado forma a la historia, el comercio y la geopolítica globales, y actualmente es responsable del 80% de la producción de azúcar en todo el mundo. Si bien los métodos tradicionales de mejoramiento de la caña de azúcar han producido efectivamente variedades adaptadas a nuevos entornos y patógenos, las mejoras en la productividad del azúcar sólo recientemente se han estabilizado. El estancamiento de los aumentos de rendimiento puede deberse a la diversidad genética limitada dentro de las poblaciones reproductoras, los largos ciclos reproductivos y la complejidad de sus genomas. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha creado un genoma poliploide de referencia para R570, un cultivar típico de caña de azúcar moderno.
La domesticación de la caña de azúcar comenzó hace unos 10.000 años. Las primeras variedades «dulces» (sacro officinarum) derivado de Saccharum roostutum.
Sin embargo, todas las variedades modernas se derivan de un pequeño número de hibridaciones interespecíficas realizadas por obtentores hace un siglo entre las variedades «dulces» sacro officinarum Y el 'Salvaje' Impotencia espontánea.
La hibridación de la caña de azúcar ha logrado grandes logros en la resistencia a enfermedades y la adaptación a condiciones ambientales estresantes. Sin embargo, la primera generación de híbridos también tuvo rendimientos de azúcar mucho más bajos, debido a la gran contribución genómica silvestre.
La complejidad de los genomas y linajes híbridos de la caña de azúcar se materializa en la evolución Artículo R570Creado por criadores en la Isla de la Reunión en 1980.
«El genoma de la caña de azúcar es muy complejo porque es de gran tamaño y porque contiene más copias de cromosomas que una planta típica, una característica llamada poliploidía», dijeron el Dr. Jeremy Schmutz, investigador del Instituto de Biotecnología Hudson Alpha, y sus colegas. .
“La caña de azúcar contiene alrededor de 10 mil millones de pares de bases, que son los componentes básicos del ADN; en comparación, el genoma humano contiene alrededor de 3 mil millones.
«Muchas secciones de ADN de la caña de azúcar son idénticas dentro y entre diferentes cromosomas. Esto dificulta volver a ensamblar correctamente todas las pequeñas piezas de ADN mientras se reconstruye el modelo genético completo.
«Resolvimos el rompecabezas combinando múltiples tecnologías de secuenciación genómica, incluido un método recientemente desarrollado conocido como secuenciación PacBio HiFi que puede secuenciar con precisión secciones más largas de ADN».
«Esta fue la secuenciación del genoma más compleja que hemos completado hasta la fecha», añadió el Dr. Schmutz.
«Esto demuestra lo lejos que hemos llegado. Esto es algo que la gente pensaba que era imposible hace 10 años. Ahora podemos alcanzar objetivos que no pensábamos que fueran posibles en la genómica de las plantas».
«Este avance aborda el desafío crítico del estancamiento de la producción de azúcar aprovechando información genética previamente inaccesible en el genoma de la caña de azúcar», dijo la Dra. Karen Aitken, investigadora de CSIRO.
«Este es un gran paso adelante para la investigación de la caña de azúcar y mejorará nuestra comprensión de rasgos complejos como la productividad, la adaptación a diversas condiciones ambientales y la resistencia a las enfermedades».
El Dr. Blake Simons, investigador del Instituto Conjunto de Bioenergía, dijo: «Estamos trabajando para comprender cómo ciertos genes en las plantas se relacionan con la calidad de la biomasa que obtenemos, que luego podemos convertir en biocombustibles y bioproductos».
«Al comprender mejor la genética de la caña de azúcar, podremos comprender y controlar mejor los genotipos de plantas necesarios para producir los azúcares y los intermediarios derivados de la caña de azúcar que necesitamos para tecnologías sostenibles de conversión de caña de azúcar a una escala adecuada para una bioeconomía».
el resultados aparecer en la revista naturaleza.
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Al Healey et al. Estructura del complejo genoma poliploide de la caña de azúcar. naturaleza, publicado en línea el 27 de marzo de 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07231-4
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