Llegar a la raíz de la domesticación del maíz
Los conocimientos pueden ayudar a los fitomejoradores
Una confluencia única de arqueología, genética molecular y serendipia guió a una colaboración de investigadores mexicanos y de Penn State hacia una comprensión más profunda de cómo se domesticó el maíz moderno a partir del teosinte, una hierba perenne nativa de México y América Central, hace más de 5.000 años.
Raíz antigua inspeccionada con un microscopio
Jirwat Salungyu, Penn State
Hay mucho interés en saber cómo los antiguos agricultores transformaron la hierba silvestre teosinte en el maíz moderno, uno de los cultivos más importantes y exitosos del planeta, según el líder del equipo, Jonathan Lynch, distinguido profesor de nutrición vegetal. Durante décadas, su grupo de investigación en la Facultad de Ciencias Agrícolas ha descubierto cómo las raíces desempeñan un papel fundamental en el desarrollo y la supervivencia de las plantas.
"El maíz no es una excepción, y resulta que los primeros cultivadores - probablemente sin saberlo - seleccionaron los rasgos de las raíces que favorecían un mayor desarrollo de las semillas y las mazorcas", dijo. "Y aunque es intrínsecamente interesante aprender cómo evolucionó el maíz desde su ancestro silvestre hasta lo que conocemos hoy, lo que aprendemos sobre cómo cambió la planta para hacer frente a la sequía y a los suelos duros puede ayudar a los fitomejoradores del mañana".
Encabezados por Iván López-Valdivia, inicialmente estudiante de posgrado en LANGEBIO en México y ahora estudiante de doctorado en el laboratorio de Lynch, los investigadores examinaron dos antiguos tallos de raíz encontrados en la cueva de San Marcos en el Valle de Tehuacán, México, para entender los cambios que ocurrieron bajo tierra durante la domesticación. Utilizaron la tomografía por ablación láser -una plataforma de fenotipado de alta resolución que combina la óptica láser y la obtención de imágenes en serie con la reconstrucción y cuantificación de imágenes en 3D- para comprender la anatomía de las plantas.
Esta tecnología, conocida como LAT, fue desarrollada hace una década por el grupo de investigación de Lynch, entre los que se encuentra su antiguo alumno Ben Hall, que ha creado una empresa centrada en esta técnica. En este estudio, la LAT se utilizó para reconstruir la estructura tridimensional de las raíces y la anatomía interna de los dos antiguos especímenes de raíces de maíz, datados entre 4.956 y 5.280 años.
En los resultados publicados hoy (18 de abril) en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores informaron de que las células corticales externas de las raíces presentaban paredes gruesas similares a las que se encuentran en las plantas de maíz actuales adaptadas a suelos duros. Pero, a diferencia del maíz moderno, los dos ejemplares carecían de raíces seminales. Las raíces seminales, que suministran a las plántulas de maíz agua y nutrientes adicionales, no están presentes en el teosinte.
Los investigadores analizaron entonces el ADN de un tercer espécimen de aproximadamente la misma edad y encontraron mutaciones en dos genes que contribuyen a las raíces seminales en el maíz moderno. Estos especímenes de maíz primitivo parecen más parecidos al teosinte en su adaptación a la sequía.
Los resultados indican que algunos rasgos relacionados con la adaptación a la sequía no estaban totalmente presentes en los primeros maíces de Tehuacán, lo que proporciona una visión de las condiciones que prevalecían durante los primeros cultivos de maíz en la región, señaló López-Valdivia.
La historia detrás de la investigación es casi tan interesante como el propio trabajo. Comenzó cuando Lynch hizo una presentación invitada sobre su investigación sobre las raíces en el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad -también conocido como LANGEBIO, CINVESTAV- ubicado en Irapuato, Guanajuato, México. Después de la presentación, visitó a un biólogo molecular de esa institución que fue asesor de López-Valdivia durante la realización de la maestría en biotecnología vegetal de este último.
"Estuvimos hablando de las cosas tan chulas que había hecho con antiguas raíces de maíz que se conservaban en estas cuevas tan secas, y que yo ni siquiera conocía", recuerda Lynch. "Decidimos analizar la anatomía y la arquitectura de estas antiguas muestras de raíces para ver cómo habían cambiado a lo largo del tiempo con la domesticación del maíz. Así que ese fue el origen. Iván comenzó este trabajo en México y lo terminó en Penn State como estudiante".
López-Valdivia continúa la investigación con su tesis doctoral, que se centrará en cómo las raíces del maíz se adaptan a su entorno a través de su evolución. Aprecia cómo su trabajo cruzó inesperadamente de la biotecnología vegetal a la fenómica y la modelización de simulación, pasando de un país a otro.
"Para contextualizar un poco las cuevas de Tehuacán (México), el arqueólogo estadounidense Richard MacNeish trató de encontrar en ellas los restos más antiguos de maíz", dijo. "Sus esfuerzos ofrecen algunas pistas sobre el origen de la agricultura en Mesoamérica. En los años 60, encontró miles de restos de mazorcas y sólo una docena de raíces, con un único nodo escutelar conservado, la delicada estructura a partir de la cual se desarrollan las raíces seminales".
Esos especímenes están almacenados en el Instituto Nacional de Antropología e Historia de México, añadió López-Valdivia, y los investigadores acabaron tomando muestras de ellos para completar su estudio.
Contribuyeron a la investigación en Penn State los estudiantes de posgrado Alden Perkins, Hannah Schneider y James Burridge; y desde México Jean-Philippe Vielle-Calzada, del Grupo de Desarrollo Reproductivo y Apomixis; Miguel Vallebueno Estrada, Grupo de Desarrollo Reproductivo y Apomixis y Grupo de Interacción Núcleo-Mitocondrial y Paleogenómica, Unidad de Genómica Avanzada, Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad; Eduardo González-Orozco, Grupo de Desarrollo Reproductivo y Apomixis; Aurora Montufar, Instituto Nacional de Antropología e Historia Ciudad de México; y Rafael Montiel, Grupo de Interacción Núcleo-Mitocondrial y Paleogenómica, Unidad de Genómica Avanzada, Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad.
El Nacional de Ciencia y Tecnología, también conocido como CONACyT; el Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del Departamento de Agricultura de Estados Unidos; la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Energía de Estados Unidos; y el Instituto Nacional de Antropología e Historia apoyaron este trabajo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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