No todo está dicho sobre las papayuelas: descubren nueva especie y datos de su origen

 Por primera vez en el mundo, a través de un análisis de ADN, develan algunos misterios evolutivos de 12 especies del género Vasconcellea, conocidas como papayas de montaña o papayuelas, nativas de Ecuador y Colombia. En el estudio se identificó una nueva especie próxima a ser reportada, bautizada como V. cundinamarcensis, variedad glabra.

En principio el autor la clasificó como una especie conocida y la denominó como Vasconcellea heilbornii?,agregando un interrogante al final porque no estaba seguro, hasta que confirmó con los marcadores moleculares –que revelan características de un organismo– y encontró las similitudes genéticas con V. cundinamarcensis.En los próximos meses seguirá el protocolo para hacer la descripción y reportarla al mundo.

Los datos también desafiaron las hipótesis de estudios previos sobre el origen y parentesco del babaco, la especie más relevante de la familia que durante décadas ha llamado la atención de la comunidad científica por carecer de semillas y por su compleja genética, las cuales sugerían que era resultado del cruce ancestral entre la V. stipulata con V. cundinamarcensis.

Con la dirección del profesor Jaime Eduardo Muñoz Flórez, del Grupo de Investigación Diversidad Biológica, el investigador Troya determinó en el Laboratorio de Biología Molecular que “el babaco es un híbrido natural, siendo su posible progenitor paterno V. heilbornii var. fructifragrans, mientras que el grupo hermano V. heilbornii var. chrysopetala y V. heilbornii var. fructifragrans son su posible origen materno. Se trata de la única especie en su género que no tiene semillas a nivel evolutivo”.

Esta característica planteó un reto para la investigación, que permitió obtener un resultado inédito. El autor obtuvo semillas viables de babaco mediante cruces controlados entre especies de Vasconcellea, algo que no se había logrado en investigaciones anteriores. Estas germinaron y dieron lugar a plantas fértiles, produciendo tres morfotipos (especies del mismo género), lo que indica una variabilidad genética significativa dentro del género.

Así se realizó la investigación

Los valles andinos en Suramérica, con su rica biodiversidad y microclimas variados, fueron el escenario principal para determinar el árbol filogenético –equivalente al genealógico– de la familia 

de las papayuelas originarias de la región, primas lejanas de la papaya. La investigación abarcó especies que crecen entre los 967 y 3.200 msnm, con temperaturas moderadas y climas fríos a templados, ideales para la diversidad biológica de esta fruta, deseada por sus exquisitos sabores y aromas, y por sus propiedades medicinales y culinarias.

En el sur de Ecuador se han descrito 16 de las 21 especies de papayas de montaña que existen en total en el planeta, por lo que de manera principal las muestras fueron recolectadas en el sur del país en la provincia de Loja, una zona fronteriza que colinda con el norte de la ciudad de Piura en Perú, reconocida por su alta hibridación o cruce natural entre especies de la misma familia Vasconcellea, loque ha complejizado su diferenciación y clasificación botánica. También se tomaron ejemplares de las provincias de Pichincha y Zamora Chinchipe. En Colombia, fueron obtenidas en los departamentos de Nariño y Valle del Cauca.

El proceso de identificación genética utilizado por el investigador Troya fue a través de código de barras de ADN nuclear (ITS), y de cloroplástico (matK) donde se transfieren los genes mayoritariamente de la madre, técnicas que le permitieron descubrir cómo están emparentadas, cómo se han diversificado a lo largo del tiempo y cuáles comparten un ancestro común.

Las 12 especies estudiadas exhiben una asombrosa diversidad en sus frutos respecto a forma, tamaño, color, grados de aroma, acidez y vellosidad. Varían desde ovaladas, oblongas y semicirculares, hasta alargadas y pentagonales. Según el género, algunos frutos pueden medir 2 cm, mientras que otros como el babaco consigue hasta 30 cm de longitud. Los colores abarcan las tonalidades amarillas, anaranjadas y rojas.

Las parpayuelas comestibles son: V. cundinamarcensis, llamada así en honor al departamento de Cundinamarca, los vellos abundan en la planta y su fruto alcanza máximo 10 cm; en la región sur de Ecuador presenta cinco formas diferentes. V. stipulata nombrada de esta forma por la presencia de estípulas, un tipo de garras, con hasta tres formas diferentes de frutos; V. heilborniivar. pentágona o babaco, la especie con el fruto más grande de la familia Vasconcellea yla única que se cultiva comercialmente debido a que no tiene semillas en su interior, no obstante, su producción apenas alcanza a cubrir el mercado interno.

Las 9 restantes, a pesar de que no se consumen, han sido utilizadas por siglos por las comunidades locales para usos medicinales, aromáticos y culinarios, como la preparación de dulces y mermeladas. Los hallazgos esta investigación son de gran valor taxonómico y abren posibilidades para el mejoramiento genético y el cultivo comercial de esta especie en la región andina.

 

Investigadores encuentran datos clave para cultivar papas con menos químicos

 Col 93, Col 9, Col 96 y Col 127, aunque pareciera tratarse de una lista de “códigos secretos”, en realidad son genotipos (información genética) de papas criollas que, según un estudio, logran crecer con pequeñas dosis de nitrógeno, un nutriente esencial en la agricultura, pero también uno de los principales responsables de la contaminación ambiental. Esta información genética podría conducir a la creación de nuevas variedades de papa.

La papa, que es un acompañamiento común tanto en platos corrientes como de alta cocina, es el resultado de un complejo proceso agrícola. Para estimular su crecimiento, los agricultores recurren a fertilizantes importados como el nitrógeno que no es aprovechado del todo por las plantas, por lo que el excedente va a parar al ambiente.

"En Colombia, el uso excesivo de insumos agrícolas es un problema grave, especialmente en cultivos como el de la papa, que es un alimento básico en nuestra dieta. Las plantas solo logran absorber un 50% del nitrógeno aplicado, lo que significa que el resto se pierde, contamina suelos, cuerpos de agua y el aire", así lo explica Aura Natalia Jiménez Medrano, estudiante de Maestría en Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL).

El proyecto que está culminando la ingeniera agrónoma se centra en la colección de trabajo de papa de la UNAL, que consta de 118 genotipos andinos (papas con una composición genética diferente), incluyendo 8 variedades comerciales, entre ellas las criollas Colombia, Dorada, Paisa, Latina, y Ocarina. Cabe destacar que en Colombia hay aproximadamente 250 variedades de papa, de las cuales alrededor de 25 son de papa criolla.

El objetivo de la investigación fue encontrar genotipos capaces de utilizar el nitrógeno de manera más eficiente, lo que podría llevar a una reducción en el uso de fertilizantes nitrogenados. "Si podemos desarrollar variedades de papa que necesiten menos nitrógeno y aun así mantengan buenos rendimientos, estaríamos no solo reduciendo los costos para los agricultores, sino también disminuyendo el impacto ambiental del cultivo", explica.

¿Cómo se mide?

En un invernadero de la UNAL se sembraron los 118 genotipos de papa criolla en un sustrato bajo condiciones controladas, a las que se les suministró dos tratamientos con nitrógeno -dosis deficientes y dosis excesivas- para identificar cómo en esas mismas condiciones cambiaban y se diferenciaban entre sí a nivel genético.

Lo que se identificó es que los genotipos Col 93, Col 9, Col 96 y Col 127, en particular tienen un desempeño superior en condiciones de nitrógeno deficiente, es decir que usaban mejores mecanismos de adaptación para la producción de tubérculos, mientras que otros requerían de dosis mayores.

“A pesar de recibir una dosis baja de nitrógeno, las plantas de esos genotipos produjeron cantidades suficientes de biomasa en sus tubérculos, y algunas de estas incluso lograron volúmenes cercanos a los obtenidos con dosis altas de este fertilizante,” especifica la estudiante de la UNAL.

También explica que esta información es la que les permite a los investigadores conocer cuáles plantas requieren una menor cantidad de nitrógeno, cuáles se adaptan mejor al estrés y cuáles no lo hacen. Con estos datos, en un futuro, se podrían generar nuevas variedades de papa.

Análisis en genes

Los genes fueron analizados para entender cómo las plantas utilizan el nitrógeno de manera eficiente. Para ello, se tomaron y maceraron pequeñas muestras de las hojas de las plantas en laboratorio para liberar contenido celular y extraer el ADN, lo que permite hacer el análisis genético.

Jiménez explica: "el siguiente paso fue evaluar los genes seleccionados en el ADN de todos los genotipos de la colección de papa. Para ello, diseñamos primers, pequeñas secuencias que sirven como guía para que la enzima ADN polimerasa amplifique cada fragmento de ADN millones de veces, en una Reacción en Cadena de la Polimerasa".

Mediante esta técnica y el análisis posterior de las secuencias obtenidas mediante la metodología de ‘asociación del gen candidato’, se identificaron mutaciones específicas que podrían estar implicadas en la eficiencia del uso del nitrógeno.

La investigadora destaca que, "la PCR, la secuenciación y finalmente, el análisis de asociación estadística, nos ha permitido estudiar los cambios significativos en genes involucrados en la respuesta de la papa a condiciones de nitrógeno variable".

Este estudio es particularmente relevante para el sector agrícola colombiano, donde el cultivo de papa se realiza principalmente en minifundios, áreas menores a 5 hectáreas para cultivar papa. Según la estudiante de la maestría, “la implementación de variedades con uso eficiente de nitrógeno podría permitir a los agricultores mantener altos rendimientos con menor uso de fertilizantes” y esto se traduciría en una reducción de costos y en una mejoría en la sostenibilidad de los suelos y los cultivos a largo plazo.

Biotecnólogos lideran batalla genética contra la enfermedad que más afecta al banano

 La sigatoka negra es una de las enfermedades más destructivas para los cultivos de banano y plátano en el mundo, y los fungicidas químicos utilizados para su control están perdiendo efectividad debido a que el hongo se ha vuelto resistente. Ante este panorama, un estudio bioinformático identificó 12 genes en este microorganismo que se podrían modificar para controlar su infección.

Esta patología es causada por el hongo Pseudocercospora fijiensis y puede llevar a pérdidas de hasta el 100 % en los cultivos. Los síntomas incluyen necrosis en las hojas, reducción de la capacidad de hacer fotosíntesis y disminución en el tiempo de maduración de los frutos, lo que hace que crezcan de forma inadecuada para su comercialización.

“Por su importancia, los fungicidas químicos para controlar la enfermedad representan hoy entre el 20 y el 30 % de los costos de producción y han desencadenado que el hongo se vuelva resistente, llevando a la necesidad de incrementar las dosis y frecuencias de aplicación, lo que implica más gastos y posibles afectaciones en la salud y el medioambiente”, explica Javier Mauricio Torres, Ph. D. en Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

Por eso, y teniendo en cuenta que la industria bananera es el tercer sector de exportación agrícola más importante de Colombia después del café y las flores, el investigador se propuso trabajar con el grupo de investigación en Biotecnología Vegetal Unalmed-CIB, de la UNAL Sede Medellín, para estudiar a nivel molecular y genético qué es lo que les permite a los hongos infectar y colonizar las plantas.

“Análisis como estos nos dan pistas para diseñar estrategias efectivas de control o mitigación de la enfermedad, pues al conocer los genes críticos se pueden crear métodos específicos para inhibir su función, bien sea a través de fungicidas dirigidos o mediante la manipulación genética de las plantas para generar resistencia”, agrega.

Exámenes y comparaciones de cientos de genes

Para emprender esta tarea el investigador se sirvió de la Bioinformática, una disciplina que utiliza tecnologías computacionales para analizar datos biológicos; colectó hojas necrosadas en Urabá y Santa Marta, las llevó al laboratorio, aisló el hongo y le extrajo muestras de ADN. “Estas las enviamos a Estados Unidos para hacer la secuenciación genética. Desde allí nos enviaron todos los datos con los que trabajamos: el ADN de 27 hongos de la misma especie y 3 de especies cercanas, incluyendo datos de algunos de zonas geográficas como África, Oceanía, Costa Rica y Ecuador”.

En vista de que la cantidad total de genes podía ascender a más de 14.000, el investigador Torres decidió enfocarse en un grupo específico: los llamados SSPs, que codifican proteínas ricas en cisteína. “Según la bibliografía, estas se relacionan con infecciones en plantas; en palabras sencillas: son proteínas que un patógeno libera al medio externo para mimetizarse y atacar a un organismo. Con esta delimitación obtuvimos alrededor de 600 genes para revisar”.

Posteriormente, a través de métodos informáticos –que otorgan un “valor evolutivo” a cada gen según su posible influencia en la infección– filtró hasta obtener 12 genes posiblemente importantes. “Con esto claro se pueden ‘intervenir’ en laboratorio para observar cómo cambia la acción del hongo. Además, al hacer la comparación genética entre ellos, teniendo en cuenta los diferentes lugares de procedencia, vimos que presentan diferencias parciales, por lo que prevemos que una estrategia de control muy específica usada en Urabá, quizá no serviría en Santa Marta”.

Poner a prueba el hongo: una bacteria como vehículo

Los estudios de transcriptómica y genómica son en esencia teóricos, por lo que para comprobar los hallazgos es necesario hacer pruebas experimentales en laboratorio. “De esos 12 genes candidatos elegimos 2 para aplicarles una metodología que genera un “nocaut”, es decir que daña el gen de un microorganismo para ver cómo reacciona, si cambian sus funciones o, en este caso, su capacidad de generar infección”, continúa.

Se trata de una técnica de transformación genética que utiliza como “vehículo” una bacteria llamada Agrobacterium. Dentro de ella se introduce una proteína fluorescente que tiene la “indicación” de romper o interponerse en un gen específico. “Así comprobamos que sí es posible hacer esta modificación y vimos que estos dos genes resultaban letales, es decir, al dañarlos se mataba al hongo, lo que aún no es un resultado concluyente, pero deja abierta la puerta para trabajos subsecuentes en los que se examinen otros genes y otras metodologías más específicas”.

Finalmente, otro tipo de investigaciones se relacionarían con la identificación de moléculas que interactúen con los 12 genes identificados. “Todo esto nos plantea posibles alternativas biotecnológicas frente a los fungicidas, lo que ahorraría costos, evitaría pérdidas en los cultivos y haría a esta industria ambientalmente más sostenible”.

Esta investigación fue dirigida y codirigida por los profesores Rafael Eduardo Arango Isaza, de la Facultad de Ciencias, y Juan Gonzalo Morales Osorio, de la Facultad de Ciencias Agrarias de la UNAL Sede Medellín. Asimismo tuvo el apoyo del grupo de Biotecnología Vegetal Unalmed-CIB y la Asociación de Bananeros de Colombia Augura.

Analizan los cromosomas del maíz criollo colombiano para preservar su diversidad

 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.

Como parte de los eventos previos a la COP16, este jueves la UNAL Sede Palmira abre sus puertas a investigadores y ciudadanía en general interesada en conocer la rica diversidad de maíces criollos colombianos en una exhibición especial de su colección, muestra central del evento “Acciones y retos para la conservación de la diversidad biológica”del Seminario Nacional Sentipensares y Pluriversos, que se lleva a cabo en el auditorio Hernando Patiño Cruz de la UNAL Sede Palmira, que también puede seguir en vivo

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