Secuencian el genoma de la quinua

Uno de nuestros productos emblemáticos, la quinua (Chenopodium quinoa), se suma a la lista de las plantas cultivadas con todo su genoma secuenciado. El trabajo fue realizado por un grupo de investigadores —donde no participó ningún peruano— liderados por el Dr. Mark Tester de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST) de Arabia Saudita.

El interés de muchos investigadores por la quinua es que este producto, a parte de tener buenos valores nutricionales, puede desarrollarse en diversos agroecosistemas, incluso con climas agrestes, baja disponibilidad de agua y suelos pobres. Sin embargo, la quinua sigue siendo un cultivo subutilizado y existen pocos programas de investigación activos para mejorar sus cualidades agronómicas. La secuenciación de su genoma, sin dudas, acelerará este proceso de mejora genética.

La muestra de quinua utilizada para el estudio (PI 614886, Sistema Nacional de Germoplasma de los Estados Unidos) fue de una obtenida en las costas de Chile. Para decodificar el genoma utilizaron una novedosa tecnología llamada secuenciación a tiempo real de una única molécula de ADN (SMRT), que básicamente consiste en marcar con un color de fluorescencia diferente a los componentes del ADN (A, T, C y G) para ver qué letra se va incorporando —en función a la luz emitida— en la cadena molde.

Descripción gráfica del funcionamiento del secuenciamiento SMRT. Fuente: biochemistri.es

Es preciso indicar que la quinua es un alotetraploide de 36 cromosomas, esto quiere decir que posee dos copias de dos genomas diferentes (A y B); a diferencia de un tetraploide como la papa que tiene cuatro copias de un genoma. Nosotros, por ejemplo, somos diploides, porque tenemos dos copias de un genoma.

Los resultados del estudio indican que el genoma de la quinua tiene un tamaño de 1,39 Gb, del cual el 85% (1,18 Gb) pudo ser ensamblado correctamente gracias a los mapas genéticos desarrollados en años anteriores. Además, utilizando diversas herramientas bioinformáticas, Tester y su equipo lograron estimar que la quinua tendría al menos 33 mil genes.

Representación gráfica de los 18 cromosomas de la quinua. CqA y CqB hacen referencia a los dos genomas diferentes que lo conforman. Las zonas moradas es donde se encuentra la mayor concentración de genes. Cada célula de quinua posee dos copias de este genoma (36 cromosomas). Fuente: Tester et al. (2017). [Dale click a la imagen para ampliarla].

Uno de los aspectos más interesantes de este estudio es que se ha podido trazar la historia evolutiva de este cultivo. Como hemos comentado anteriormente, la quinua posee dos genomas (A y B), por ello los investigadores también analizaron el ADN de otras 22 muestras, incluyendo dos especies diploides de Chenopodium modernas: C. pallidicaule (la kañihua), con el subgenoma A; y, C. suecicum, con el subgenoma B. Gracias a toda esta información generada, ahora sabemos cómo se pudo haber originado la quinua. La historia es más o menos así…

Hace 3,3 a 6,3 millones de años, los ancestros de la quinua (ambos diploides) se cruzaron (hibridizaron) en algún lugar de Norteamérica, formando la especie C. berlandieri (la chía roja es una de sus variedades modernas). Esta especie se dispersó hasta Sudamérica, donde se adaptó y pasó a formar la especie C. hircinum (hoy en día considerada una maleza), la cual —posiblemente— fue domesticada de forma paralela e independiente en la costa chilena y el altiplano peruano-boliviano por los antiguos pobladores sudamericanos. Este fue un importante hallazgo porque antes se consideraba que la quinua fue domesticada en la zona andina para luego llegar a las costas chilenas, que es de donde se tomó la muestra para la secuenciación del genoma de referencia.

Historia evolutiva de la quinua. A la izquierda se puede ver la relación entre las diversas colecciones de quinua (muchas peruanas) con sus parientes silvestres. Como se puece ver, hay una clara división entre las quinuas de la costa y de los Andes (rojo) que derivan de C. hircinum (amarillo). A la derecha, los lugares de origen y de domesticación de la quinua. Fuente: Tester et al (2017). [Click a la imagen para ampliarla].

Este estudio también permitió investigar a fondo los genes involucrados con la producción de saponinas, una sustancia que le da un amargor a la quinua y que nos obliga a dejarla remojando toda la noche antes de cocinarla. Tester y su equipo hicieron un análisis comparativo entre las quinuas “amargas” y las “dulces” (como la variedad “chucapaca” o “salcedo INIA”) y observaron que habían diferencias en el gen TSARL1. Este gen produce un “interruptor” que enciende los genes involucrados con la síntesis de las saponinas. En el caso de las quinuas “dulces”, las mutaciones en TSARL1 producían un interruptor fallido o inactivo.

Sería interesante tener quinuas libre de saponinas, el problema es que la podríamos volver más susceptibles al ataque de hongos y enfermedades. Nos guste o no, esta sustancia la produce como un mecanismo de defensa.

Conocer el genoma de la quinua es sólo el primer paso hacia la obtención de variedades mejoradas. Esperemos que nuestro país no se quede atrás y aproveche de toda esta información para seguir siendo los primeros productores de quinua en el mundo.

Referencia:

Jarvis, D. et al (2017). The genome of Chenopodium quinoa Nature, 1-6 DOI: 10.1038/nature21370