La preparación y secuenciación automatizada de muestras de ADN podría ayudar a los investigadores a identificar marcadores genéticos asociados con el rendimiento del trigo, la resistencia a enfermedades y otros rasgos agronómicos.
Una nueva plataforma de genotipado en Embrapa Wheat, Brasil, está ampliando la capacidad de los investigadores para analizar el ADN del trigo y apoyar el desarrollo de cultivares mejorados.
La tecnología automatiza la preparación de muestras de ADN, reduciendo un proceso que antes tomaba varios días a aproximadamente 12 horas. Se espera que reduzca los costos de investigación y acelere la identificación de marcadores genéticos vinculados al rendimiento, la resistencia a enfermedades y otras características importantes del cultivo.
La plataforma representa la última etapa en la modernización del genotipado, un proceso utilizado para identificar variaciones dentro del ADN de un organismo.
“En dos décadas, el protocolo se ha modernizado, con la sustitución del análisis manual de geles por sistemas de electroforesis —que utilizan un campo eléctrico para separar moléculas— y, más recientemente, por la secuenciación, que permite un genotipado a gran escala y de alta precisión”, afirma el técnico de laboratorio Jordalan Muniz.
Un año de trabajo reducido a una semana
La secuenciación de segunda generación se incorporó a la rutina del Laboratorio de Biotecnología de Embrapa Trigo tras la instalación de dos instrumentos, según un comunicado de prensa.
El ION Chef automatiza la preparación de muestras, mientras que el ION GeneStudio S5 Plus realiza la secuenciación de ADN.
«Podemos decir que el trabajo de un año ahora se puede hacer en solo una semana. Es una mejora en la eficiencia que reduce costos y acelera la obtención de datos moleculares para apoyar el programa de mejoramiento genético del trigo en Embrapa», explica el investigador Luciano Consoli.
El aumento de capacidad es particularmente valioso para la investigación del trigo, ya que el genoma de este cultivo es cinco veces mayor que el genoma humano. La publicación del genoma de referencia del trigo en 2018 brindó a los investigadores nuevas oportunidades para desarrollar herramientas biotecnológicas para el mejoramiento del cultivo.
Miles de marcadores de trigo y cebada disponibles
El equipo de Genética Molecular de Embrapa Wheat dispone actualmente de información sobre aproximadamente 5000 marcadores moleculares de trigo y 3500 de cebada compatibles con la nueva plataforma.
Los marcadores asociados a genes de interés pueden ayudar a los mejoradores a seleccionar líneas con características agronómicas deseables.
Los investigadores también han desarrollado un panel de marcadores para su uso en el mejoramiento del trigo. La plataforma de secuenciación puede analizar simultáneamente 384 muestras con 202 marcadores, generando aproximadamente 80 000 puntos de datos.
El sistema también puede examinar regiones específicas dentro de las secuencias de ADN, proporcionando a los investigadores una visión más detallada de la variación genética disponible para los programas de mejoramiento.
«El primer resultado del uso de esta tecnología para la generación de datos de genotipado molecular es el aumento de la eficiencia en el proceso de generación de nuevos cultivares y en la identificación de alelos o fragmentos de genes de interés para los programas de mejoramiento. Si antes teníamos una representación cartográfica, ahora tenemos algo más detallado, con calles y señales», afirma Consoli.
Apoyo a la selección para la resistencia a enfermedades
Los cultivares y líneas de mejoramiento de trigo que portan marcadores de interés pueden seleccionarse para su uso en programas de cruzamiento.
Embrapa Trigo ya ha aplicado el análisis molecular y la selección asistida por marcadores para ampliar la resistencia genética a enfermedades como la piriculariosis del trigo, conocida en Brasil como brusone.
“Si se identifica, en un cultivar determinado, la presencia de un marcador molecular asociado a la resistencia, como la brusone, sus plantas pueden incorporarse al programa de mejoramiento para cruzamiento”, señala la investigadora Gisele Torres.
Sin embargo, los marcadores moleculares no eliminan la necesidad de evaluar las plantas en condiciones de campo. Los mejoradores aún deben determinar si las plantas que portan un marcador específico expresan resistencia efectiva al exponerse al patógeno causante de la enfermedad.
“La simple presencia de un marcador determinado, incluso cuando se sabe que los fragmentos de ADN confieren resistencia, no es suficiente para que las plantas que lo poseen sean resistentes. El trabajo de la biotecnología complementa el trabajo de mejoramiento. Por lo tanto, para verificar la efectividad de un marcador molecular determinado, es esencial que los mejoradores evalúen la reacción de las plantas al patógeno en el campo”, agrega Torres.
Aplicaciones adicionales para la investigación del trigo
El equipo de Embrapa está explorando diversas aplicaciones para la plataforma de secuenciación.
Los investigadores podrían extraer ADN de muestras de suelo para identificar microorganismos que podrían beneficiar la producción de trigo en regiones específicas. Los perfiles moleculares del suelo resultantes podrían compararse con factores de producción y el rendimiento de los cultivos.
Esta tecnología también podría respaldar la investigación sobre el trigo para personas con enfermedad celíaca, ayudando a los científicos a caracterizar marcadores asociados con genes que codifican proteínas involucradas en la respuesta inmunitaria al gluten.
Otras posibilidades incluyen el análisis de la expresión génica mediante secuenciación de ARN.
y la secuenciación de genomas pequeños, incluidos los de microorganismos.
“Antes usábamos una lupa, luego pasamos al microscopio y evolucionamos para ver qué hay dentro de las plantas. Ahora podemos identificar todo tipo de variaciones presentes en los fragmentos de ADN de las plantas que están asociadas con la defensa y el uso de los recursos ambientales”, dice Consoli.
