Un software ayuda en el mejoramiento genético del arroz
Agência FAPESP/DICYT La inflorescencia del arroz –la parte de la planta denominada panícula, en donde se localizan los granos– es considerada un blanco clave para la selección artificial de variedades de esta gramínea, pues está relacionada con la calidad y con el rendimiento de las semillas.
La selección de variedades de arroz basada en las características morfológicas (fenotipos) de esa parte de la planta es difícil de hacerse, entre otras razones debido a la diversidad de subpoblaciones del cereal, originadas en cruzamientos realizados en el transcurso de las últimas décadas que resultaron en diferentes modelos de inflorescencia.
Esto impide analizar y medir manualmente los fenotipos de las panículas de esas diferentes subpoblaciones de la planta e identificar a aquéllas que presentan una mejor y mayor inflorescencia, para su utilización en programas de mejoramiento genético, según apuntan agrónomos y expertos del área.
Con el fin de superar esta barrera, Alexandre Xavier Falcão, investigador del Instituto de Computación de la Universidad de Campinas (IC-Unicamp), en São Paulo, Brasil, en colaboración con colegas del Departamento de Genética y Mejoramiento de la Cornell University, en Estados Unidos, desarrolló un software de código abierto destinado al análisis y a la medición de fenotipos de panículas de arroz y de otras plantas agrícolas.
Este software, producto de un proyecto realizado con una Beca de investigación en el exterior concedida por la FAPESP y denominado Plataforma PANorama, permitió identificar posibles genes que pueden utilizarse con miras a mejorar el desarrollo de la espiga o panícula del arroz con la ayuda de otras herramientas estadísticas.
Algunos de los resultados de dicho estudio se describieron en un artículo publicado a comienzos del pasado mes de febrero en la revista Nature Communications.
“El software permite medir diversos fenotipos de panículas de arroz y de otras gramíneas, una medición que sería imposible en forma manual, simultánea y automáticamente. Esos fenotipos pueden utilizarse en estudios de mapeo genético para identificar posibles genes encargados de expresarlos en las plantas”, declaró Falcão, autor del software, a Agência FAPESP.
El investigador midió con el software 49 fenotipos de panículas de 242 muestras de arroz asiático (Oryza sativa) de las subpoblaciones indica, aus, japónica tropical, japónica templada y aromático, cultivadas en campo en Filipinas.
Los 49 fenotipos, extraídos de 3.400 imágenes de las plantas, aparte de otras 11 informaciones medidas en campo, se integraron a un estudio de asociación del genoma (GWAS, en inglés), en el cual se examinan diversas variables genómicas comunes en ejemplares distintos, a los efectos de detectar cuáles son los genes asociados a determinados fenotipos.
Mediante esta integración, los científicos identificaron 10 genes que pueden estar asociados con la productividad del arroz. “La idea del estudio consistió en identificar genes o partes del genoma que pueden estar asociados a los fenotipos de subpoblaciones de arroz medidos con el software, tales como la altura, el largo máximo de las ramas primarias, los entrenudos del eje principal y el espesor medio del eje principal de las plantas”, explicó Falcão. “Al identificar esos genes o partes del genoma, es posible controlar la longitud de la panícula, por ejemplo, e incrementar la productividad de la planta”, estimó.
Analizar y medir fenotipos
Para analizar y medir los fenotipos de las panículas de arroz, los investigadores plantaron, cosecharon y conservaron 242 muestras de arroz asiático en Filipinas para transportarlas a Estados Unidos de manera tal de no quebrar las ramas y así perder las semillas de las plantas. Al llegar a los laboratorios del Departamento de Genética y Mejoramiento de la Cornell University, las plantas quedaron dispuestas sobre una mesa, con una cámara fotográfica arriba, a los efectos de tomar imágenes de las panículas.
Con el software PANorama, descrito en un artículo publicado en la revista Plant Physiology, los científicos analizaron 49 mediciones –los fenotipos– realizadas en las plantas. Luego de la captura de las imágenes, se identificó con el software aquello a que los investigadores denominan esqueleto de las plantas: una línea que pasa por el medio de la gramínea.
“Con base en el esqueleto de la panícula de arroz, el software extrae las mediciones del eje principal y de las ramas primarias de las plantas, por ejemplo, en alta resolución”, explicó Falcão. De acuerdo con el investigador, además del arroz, la aplicación del software también puede extenderse a la realización de mediciones de fenotipos de panículas de otras gramíneas.
En el caso de las panículas de arroz, una de las ideas de los científicos consiste en extender su aplicación para realizar mediciones de las semillas: para medir el área y su diámetro, por ejemplo. “El software permite la realización de estudios a gran escala en biología vegetal, pues se pueden medir con precisión diversos fenotipos de las plantas”, afirmó.