En la mitología griega la quimera era un monstruo con cuerpo de cabra, cuartos traseros de serpiente o de un dragón y cabeza de león o podía tener tres cabezas una de león, otra de macho cabrío y otra de dragón, y vomitaba fuego. La quimera a la que nos vamos a referir ahora es menos dramática. En noviembre del 2012, Rachel Brenchley y colaboradores de distintos países, publicaron en la revista Nature un análisis de la secuencia genómica del trigo común del pan Triticum aestivum, cuya secuenciación tardó un año en hacerse. Éste es un suceso muy importante debido a la necesidad que se tiene actualmente de incrementar la producción y extender la diversidad genética del trigo, además de conocer sus características más importantes.
Como primer punto se confirmó el origen del genoma hexaploide del trigo domesticado T. aestivum. Esta planta tiene seis copias de genes en lugar de dos (diploide) como la mayoría de los animales y plantas, incluyendo al Homo sapiens. El genoma del trigo (17,000 millones de pares de bases de ADN en 21 pares de cromosomas) es cinco veces más grande que el genoma humano (3,300 millones de pares de bases de ADN en 23 pares de cromosomas).
Los organismos diploides tenemos una copia de genes que viene del padre, en el gameto masculino (por ej. los espermatozoides) y una copia que viene de la madre en el gameto femenino (por ej. el óvulo), la fusión de los gametos produce la condición diploide que permite que el embrión se desarrolle como un individuo que es producto de la mezcla de genes de ambos padres. Por el contrario, el trigo es producto de la hibridación de tres especies de plantas ancestrales distintas. Esto ya se sabía antes de conocer la secuencia del genoma. Sin embargo, gracias a que los análisis de los genomas permiten hacer el rastreo de los genes y su proceso evolutivo, se estableció que hace aproximadamente 8,000 años el trigo se originó como un híbrido de la planta tetraploide (con cuatro copias de genes) Triticum dicoccoides y la hierba diploide Aegilops tauschii.
Los tres genomas diploides progenitores, son el de la especie de trigo silvestre Triticum urartu, el de una especie desconocida que podría provenir de hierbas parecidas al trigo (donde se encuentra Aegilops speltoides) y el de A. tauschii (también una hierba), que se originaron desde un ancestro común de Triticeae (pastos)hace aproximadamente 2.5 y 4.5 millones de años. Por otro lado, también se estableció que el tetraploide T. dicoccoides se originó hace menos de 0.5 millones de años, por un proceso natural de hibridación antes de la aparición del Homo sapiens como especie, hace aproximadamente 200,000 años, de manera que esta planta es más antigua que nuestra especie.
Las evidencias moleculares sobre el origen del trigo hace 8,000 años, más o menos concuerda con la información arqueológica más reciente publicada en julio de este año en la revista Science por Simone Rihel y colaboradores de la Universidad de Tubinga. Los datos arqueológicos indican que la invención de la agricultura ocurrió hace unos 10,000 años y la hipótesis más aceptada es que hubo múltiples orígenes independientes de acuerdo a los descubrimientos obtenidos de excavaciones realizadas en Irán por Rihel y colaboradores. Llama la atención los hallazgos en excavaciones realizadas en Israel, Palestina, Siria, Jordania y Turquía, ya que sugieren que los cazadores-recolectores en estos lugares comenzaron a reunir y sembrar semillas de cereales y leguminosas silvestres como el trigo, la cebada y las lentejas hace 13,000 años.
Brenchley y colaboradores estiman que los genomas de las plantas diploides originarias del trigo contienen 28,000, 38,000 y 36,000 genes. Los resultados del análisis del genoma del trigo muestran que como resultado de la poliploidización (por contener más de dos copias de genes) y domesticación, contiene entre 94,000 y 96,000 genes, una gran abundancia de fragmentos de genes (233,000 pseudogenes que no funcionan), y perdió entre 10,000 y 16,000 genes respecto a las tres especies diploides progenitoras. También se encontró que existen familias de genes expandidas asociadas con la productividad de la planta que involucran genes de defensa, de contenido nutricional, almacenamiento de energía, metabolismo y crecimiento.
Un dato muy interesante es que el 80% del genoma consiste en repetidos de ADN, los cuales son principalmente retroelementos, estos son secuencias de ADN que se transcriben a ARN, el cual es un elemento móvil que puede salirse de un sitio en alguno de los cromosomas y moverse e insertarse en otro sitio del mismo o diferente cromosoma, por lo cual se dice que prosperan como parásitos de los genomas. Estos interrumpen genes, alteran redes de regulación transcripcional y causan rompimiento de cromosomas y grandes re-arreglos, sin embargo, también benefician a su hospedero interviniendo en la regulación genética, en la organización del genoma y su evolución.
Los elementos móviles se encuentran en todos los genomas de los eucariotes. Brenchley y colaboradores encontraron que los 233,000 fragmentos de genes en el trigo son producto de la actividad de retroelementos. Los elementos móviles fueron descritos por primera vez por Barbara McClintock Premio Nobel por este descubrimiento, entre los 40s y 50s del siglo pasado como inhibidores o moduladores de la expresión genética en maíz.
Estos resultados explican la pérdida de diversidad genética que se observa actualmente en el trigo debido a la domesticación. Por ello, su producción global estimada en alrededor de 550,000 millones de toneladas se encuentra amenazada por el cambio climático y por el aumento de la demanda de la población en crecimiento. Siempre que se habla de obtener una planta o animal domesticado con las características deseadas se habla de mejoramiento genético, sin embargo, el proceso de domesticación basado por miles de años en la selección de tales características deseadas ha llevado no al mejoramiento sino al deterioro genético de especies domesticadas como el trigo.
No obstante, la esperanza es que el conocimiento del genoma del trigo puede permitir la generación de nuevas variedades con resistencia a enfermedades, tolerancia a sequías y mayor rendimiento. Esto se puede lograr si para extender la diversidad genética del trigo común del pan (T. aestivum) se usan otras especies de trigo silvestres y/o domesticadas de las cuales también se tendría que conocer la secuencia del genoma.
Además de T. aestivum, existen otras especies como T. boeticum (diploide, silvestre), T. compactum (hexaploide, domesticado) con menor valor nutritivo (7 a 10% de proteína) que se utiliza principalmente para hacer galletas, T. dicoccum (tetraploide, silvestre), T. durum (tetraploide domesticado) con alto valor nutritivo (12 a 14% de proteína) resistente a sequía y enfermedades pero de baja producción, se utiliza principalmente para hacer pastas, T. polonicum (tetraploide domesticado) se cultiva en pocas áreas de países mediterráneos, Rusia, Etiopia y regiones de Asia, T. spelta (hexaploide domesticado) adaptado a climas duros, fríos y húmedos, resistente a enfermedades y altamente nutritivo pero de baja producción, T. timopheevii (tetraploide domesticado) de poca producción en el occidente de Georgia, T. turgidum (tetraploide domesticado), y otros trigos silvestres que son considerados malas hierbas.
En realidad, la secuenciación del genoma del trigo común del pan y su análisis es solo el inicio de un estudio que implica la continuación con la secuenciación de otras especies candidatas a utilizarse en la extensión de la diversidad genética del cereal.
Dra. María Guadalupe Zavala Páramo es profesora investigadora del Centro Multidisciplinario de Estudios en Biotecnología, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.