Un equipo internacional de investigadores ha presentado un genoma de referencia completamente anotado para el trigo harinero o trigo pan, uno de los cultivos más importantes y extendidos del mundo. Esta emblemática secuencia genómica ofrece a los científicos una nueva y potente herramienta para acelerar el desarrollo de nuevas variedades de trigo diseñadas para abordar la nutrición humana y las necesidades de resiliencia de los cultivos. Este avance se destaca en dos informes de Science, además de otro en Science Advances, lo que refleja el gran impacto de este genoma de alta calidad para la comprensión de la biología del trigo y por su potencial para la innovación en los cultivos asistidos por genómica.
El trigo es una importante fuente de alimento en todo el mundo y, en un contexto de poblaciones humanas en rápido crecimiento y entornos cambiantes, existe una gran demanda de nuevas variedades de rendimientos mejorados, alto valor nutritivo, resistencia a las plagas y tolerancia a los cambios en condiciones crecientes. Las secuencias detalladas del genoma de las especies de cultivo pueden conducir a avances significativos en la creación de variedades más resistentes al proporcionar una guía de los rasgos subyacentes más útiles de los cultivos. Sin embargo, el trigo harinero moderno es una compleja mezcla de tres genomas ancestrales separados, por lo que la descodificación completa del genoma de la planta ha supuesto todo un reto.
En un informe de Science, el Consorcio Internacional para la Secuenciación del Genoma del Trigo (IWGSC) presenta la primera secuencia de alta calidad del genoma de referencia completamente anotado de la variedad de trigo harinero Chinese Spring. Como si se tratase de un atlas, la Secuencia de Referencia IWGSC (RefSeqv1.0) proporciona la ubicación y organización de más de 107, 000 genes y más de 4 millones de marcadores en la totalidad de los 21 cromosomas de esta variedad de trigo, algunos de ellos relacionados con rasgos importantes para la agricultura. Según los autores, la secuencia, denominada RefSeqv1.0, puede ser utilizada por la investigación de múltiples maneras, incluyendo la edición del genoma basada en tecnología de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas (CRISPR).
Un segundo estudio presentado en Science emplea el nuevo genoma de referencia para realizar un análisis genómico de la expresión de genes homólogos, es decir, copias de genes que son similares pero que se originan en diferentes genomas ancestrales. Identificar estos genes en el trigo harinero ayudará a los científicos a comprender mejor la biología fundamental del trigo poliploide. Al combinar conjuntos de datos de expresión génica con la secuencia del genoma de trigo IWGSC RefSeqv1, Ricardo Ramírez-González et al. revelan el equilibrio de la expresión génica entre genes homólogos en los diversos tejidos, etapas de desarrollo y cultivares de trigo. Ramirez-Gonzalez et al., identificaron sesgos específicos de tejido en la expresión génica y en las redes de coexpresión durante el desarrollo y la exposición al estrés. Según los autores, su trabajo proporciona un marco para identificar genes clave para apuntalar rasgos del trigo, valiosos para la agricultura.
Por último, en un estudio de Science Advances que hace uso de la nueva secuencia de referencia del IWGSC, los investigadores examinaron de cerca las proteínas que contribuyen a la propagación de diversas enfermedades inmunes y alergias vinculadas al trigo, como la celiaquía, el asma del panadero y la anafilaxia inducida por el ejercicio dependiente del trigo (Wheat-Dependent Exercise Induced Anaphylaxis, WDEIA). La exposición a proteínas específicas contenidas en el trigo puede causar reacciones alérgicas severas en algunas personas. La enfermedad celíaca, por ejemplo, un trastorno inflamatorio crónico prevalente a nivel mundial, tiene su causa en las proteínas prolaminas gliadina y glutenina, ambas comunes en el trigo. Además, la exposición respiratoria o cutánea a otros tipos de proteínas se encuentra también involucrada en respuestas inmunes adversas. Sin embargo, debido a la complejidad del genoma del trigo y a la falta de información genómica completa para este cultivo, todavía no ha sido posible una comprensión detallada de la naturaleza de estas proteínas. Ángela Juhász et al., utilizaron el genoma de trigo IWGSC RefSeqv1.0 para localizar los genes que codifican las proteínas de trigo que inducen alergias conocidas y mapearon cada una de ellas a lo largo de toda la secuencia. El análisis de Juhász et al., ha permitido identificar 828 genes conocidos y previamente desconocidos potencialmente relacionados con proteínas de respuesta inmune. Los resultados revelan que los genes relacionados con la celiaquía y la WDEIA se expresan en el endospermo amiláceo (la fuente de harina para hornear), mientras que varias proteínas de transferencia de lípidos y familias de genes inhibidores de alfa-amilasa/tripsina están relacionadas con el asma del panadero. Además, el estudio revela que el estrés causado por la temperatura durante la floración, puede aumentar la expresión de las principales proteínas implicadas en la enfermedad celíaca y la WDEIA. Según afirman los investigadores, su análisis detallado aporta importantes conocimientos sobre el papel del medio ambiente y las condiciones de crecimiento en la expresión de proteínas problemáticas para los consumidores humanos. Su trabajo también proporcionará información para la producción de variedades de trigo de bajo contenido alergénico, entre otros conocimientos útiles para la industria alimentaria.
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