Gracias a un experimento iniciado antes de la Gran Depresión, los investigadores han identificado los genes responsables de la notable adaptabilidad de la cebada, un ingrediente clave en la cerveza y el whisky. Estos hallazgos podrían asegurar la supervivencia continua del cultivo en medio del rápido cambio climático.
Cultivada en lugares tan diversos como Asia, Egipto, Noruega y las montañas de los Andes en América del Sur, la cebada es uno de los cultivos de cereales más importantes del mundo y lo ha sido durante al menos 12.000 años. A medida que se ha expandido por todo el mundo, los cambios aleatorios en su ADN le han permitido sobrevivir en cada nueva ubicación.
Es crucial identificar los genes que han cambiado para predecir qué variedades prosperarán en lugares que ahora enfrentan temperaturas cada vez más altas, períodos más largos de sequía y tormentas más dramáticas.
Los mejoradores siempre han entendido la necesidad de desarrollar cultivos que se adapten bien a su entorno local. Así que, hace un siglo, comenzaron este experimento en Davis, California, con variedades de cebada de todo el mundo con el objetivo de identificar variedades adaptadas localmente, dijo Dan Koenig, genetista de UC Riverside.
Los científicos que comenzaron el experimento no tenían la capacidad de identificar qué genes hacen que la cebada sea exitosa y de alto rendimiento en un entorno particular, pero ahora podemos estudiar decenas de millones de cambios genéticos en un solo experimento en mi laboratorio, dijo Koenig.
Decenas de genes que contribuyen a la adaptabilidad de la cebada se describen en un nuevo estudio que aparece en la revista Science. Koenig, autor correspondiente del estudio, explicó que algunos de los genes que identificaron ayudan a la cebada a sincronizar sus procesos reproductivos con las partes más óptimas de la temporada de cultivo.
Florecer demasiado temprano o demasiado tarde significa que la planta no podrá producir semillas, dijo Koenig. Para que los cultivos produzcan la máxima cantidad de semillas, deben florecer en un período muy estrecho.
En California, los cultivos deben terminar de florecer antes de que comience la larga estación seca, o no habrá suficiente agua para producir semillas. Pero si las plantas florecen demasiado temprano, podrían estar expuestas a heladas. Los investigadores identificaron cómo la genética permite la floración en el momento exacto, con varios genes que promueven la floración temprana y otros que reducen la floración tardía.
Identificar estos genes no fue un proceso fácil. Uno de los desafíos para entender las adaptaciones genéticas es que verlo puede llevar décadas, ya que solo se puede cultivar una generación de cebada al año, dijo Koenig.
Afortunadamente, Koenig y sus colegas tienen acceso al experimento Barley Composite Cross II, fundado en Davis, California, en 1929, uno de los experimentos biológicos más antiguos del mundo. Se inició para descubrir nuevas variedades de cebada para el mercado de California. Los mejoradores compitieron con miles de tipos genéticamente distintos de cebada durante décadas en Davis. La cebada que creció mejor en el clima cálido y seco de California superó a sus vecinas y se volvió más frecuente con el tiempo.
El grupo de Koenig se dio cuenta de que las semillas de este experimento podían usarse como una máquina del tiempo para observar directamente el proceso de adaptación e identificar los genes que permitieron la supervivencia.
Durante estas 58 temporadas de cultivo, el campo pasó de 15.000 plantas individuales genéticamente distintas a una sola línea de plantas que dominaba el 60% de la población, sin ninguna selección por parte de los seres humanos.
Nos sorprendió la cantidad de cambios que ocurrieron en un corto tiempo evolutivo, dijo Koenig. La selección natural remodeló completamente la diversidad genética en todo el genoma en tan solo la vida de un ser humano.
El equipo de investigación está planificando estudios adicionales para examinar datos experimentales a largo plazo de diferentes climas, para entender cómo se puede ajustar de manera diferente el tiempo de floración.
Además, el equipo desea comprender mejor algo curioso que observaron. Durante el experimento de Davis, la población de plantas contenía variedades de muchos lugares. A medida que se adaptaron al norte de California, las plantas aumentaron naturalmente su rendimiento casi al doble. Sin embargo, este aumento es aún menor que el que logran los mejoradores con una estrategia de selección manual.
El rendimiento puede estar en competencia con otros rasgos, como crecer rápido o alto, dijo Koenig. Los cultivadores quieren plantas que sean vecinas amigables, pero ser amigable podría limitar la adaptación al entorno.
Debido a que la cebada es genéticamente similar al trigo, el arroz y el maíz, los conocimientos sobre cómo sobrevive en entornos tan diversos podrían ayudar a que estos otros granos se adapten a los extremos climáticos.
Usando tecnología moderna como la ingeniería del genoma y CRISPR, los investigadores podrían intentar diseñar otros cultivos que florezcan en momentos específicos y más ventajosos.
La capacidad de adaptación de la cebada ha servido como piedra angular para el desarrollo de la civilización. Entenderla es importante no solo para seguir haciendo bebidas alcohólicas, sino también para nuestra capacidad de desarrollar los cultivos del futuro y mejorar su capacidad de adaptación a medida que el mundo cambia, dijo Koenig.
FUENTES
University of California, Riverside
Jacob B. Landis et al., Natural selection drives emergent genetic homogeneity in a century-scale experiment with barley. Science385, eadl0038(2024). DOI:10.1126/science.adl0038
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