En un esfuerzo por mejorar la competitividad de la industria chilena de uva de mesa, un equipo del Laboratorio de Biotecnología de INIA La Platina, junto a otros investigadores nacionales e internacionales, identificó más de 125 genes vinculados a la compacidad de los racimos de la fruta.
Este carácter, que influye directamente en la susceptibilidad a enfermedades y en los costos de producción, fue analizado mediante tecnologías avanzadas como escaneo 3D y estudios de asociación genómica (GWAS). Los hallazgos, parte del proyecto Fondecyt 1221410 financiado por ANID, abren la puerta a una nueva era en el fitomejoramiento de uva de mesa, con marcadores genéticos que podrían acelerar la selección de variedades más eficientes y mejor adaptadas a las exigencias del mercado y del clima.
Portalfruticola.com entrevistó a Patricio Hinrichsen, investigador de INIA La Platina y responsable del estudio, para conocer más sobre esta investigación y cómo los resultados obtenidos representan un avance significativo para la industria vitivinícola y, especialmente, para el desarrollo de nuevas variedades de uva de mesa que respondan a las demandas del mercado y a las condiciones productivas locales.
Es la identificación de genes o regiones del genoma de la vid que se asocian a un carácter muy complejo, como es la compacidad de los racimos; es decir, cuán compactos o sueltos se presentan en forma natural. Dicho de otro modo, representa cuánto espacio queda entre las bayas en un racimo, lo que se asocia con un adecuado nivel de circulación de aire al interior del racimo.
La compacidad de los racimos de vid es un factor que —especialmente en la uva de mesa— se asocia al grado de susceptibilidad a enfermedades fungosas, además de incidir fuertemente en el costo de producción, debido a que las variedades muy “apretadas” requieren intervenir manualmente los racimos, podando brazos para aumentar la ventilación en el racimo, así como permitir que las bayas alcancen su tamaño óptimo.
Patricio Hinrichsen, investigador de INIA La Platina.
Las muestras de racimos de cada genotipo estudiado fueron cosechados para su análisis fenotípico cuando cada variedad alcanzara 16 o 20 ºBrix, según si fueran variedades de mesa o de vino. Se midieron al menos 14 parámetros relacionados con el peso y los tamaños del raquis y de las bayas, en este último caso en forma individual o del conjunto de todo el racimo, en una colección de 116 variedades de vid con fenotipos muy diversos.
El uso de un nuevo scanning 3-D, puesto en funcionamiento con la ayuda de coinvestigadores del Instituto Geilweilerhof (Alemania), ha permitido acelerar y simplificar esta marcha analítica, conducente a estimar la compacidad de los racimos. Por otra parte, se contaba con un valioso paquete de datos genéticos de todas las variedades y líneas genéticas de vid de mesa, correspondiente a un análisis de GBS o secuenciación genómica de alto rendimiento, que ha permitido identificar sobre 70.000 SNPs o marcadores genéticos distribuidos uniformemente entre los 19 cromosomas de la vid, para la colección de vides antes mencionada.
Mediante estudios de tipo GWAS, que implica asociar estos miles de SNPs con cada carácter estudiado en todas las variedades, es posible identificar grupos de marcadores que se concentran en loci genéticos donde hay genes que se asocian al fenotipo en estudio.
Siendo la compacidad un carácter de interés general en la vid, aunque más importante en variedades de uva de mesa, se incluyó en este listado un mayor número de estas variedades, así como de variedades de “uso mixto”; aunque muchas de estas últimas son, de hecho, variedades de mesa que históricamente se han usado para producir mostos.
Además, se consideró en la lista cultivares antiguos que habían sido seleccionados en estudios previos, de diferentes orígenes geográficos (material genético importado de INRA-Francia hace una década o más). También se incluyó un grupo de 30 líneas pertenecientes a cinco cruzamientos de progenitores diversos, del programa de fitomejoramiento de uva de mesa de INIA.
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El Scanner 3D permite mejorar la precisión en las mediciones de varios parámetros, especialmente los relacionados con el tamaño de racimo y de las bayas individualmente, así como el número total de bayas de cada racimo. Estas mediciones, hechas en forma manual, toman entre 10 y 20 veces más tiempo, y los datos se transfieren en forma instantánea a un computador, lo que representa condiciones muy ventajosas por su eficiencia y reproducibilidad, así como de la precisión de los datos registrados.
En estudios de este tipo, que involucran un screening acucioso del genoma completo de una especie, usualmente se identifica un número importante de genes que muestran diferente grado de asociación con el fenotipo que se esté estudiando. En el artículo recientemente publicado con los resultados de fenotipado y análisis genómico asociado (GWAS), disponible en https://doi.org/10.3390/plants14091308, se pueden ver dos listas que suman sobre 125 genes.
Probablemente sólo una fracción de esos genes tienen un papel más relevante en la determinación del grado de compacidad, como por ejemplo una serie de genes que codifican para una proteína que participa en las primeras etapas de la síntesis del regulador de crecimiento ácido jasmónico. Así mismo, varios de estos genes presentaron un grado de asociación significativo con el número de bayas por racimo, carácter que se identificó como estrechamente asociado a BC.
Varios genes candidatos que presentan altos índices de asociatividad con número de bayas (y por lo tanto con la compacidad del racimo) se ubicaron en el cromosoma 18. Un grupo de estos genes constituye una serie de variantes del mismo gen (12-oxoitodienoato reductasa, o Vv-OPR), y están ubicados en un sector muy específico de este cromosoma. Su nivel de expresión en diferentes variedades con racimos compactos y sueltos está siendo estudiado más en detalle para definir su efectiva relación y posible causalidad.
Estamos en la etapa de repetir los experimentos de búsqueda de genes de expresión diferencial, comparando variedades sueltas y compactas (transcriptómica), a la vez que revisando los niveles de expresión de algunos genes ya identificados, como los mencionados Vv-ORP. Posteriormente, se deben identificar las variaciones de secuencias (marcadores de tipo SNP) que tengan un adecuado nivel de correlación con el fenotipo en evaluación (ya sea compacidad o alguno de sus subcomponentes).
También revisaremos la información disponible en el mundo sobre estudios en otras especies vegetales relacionados con los genes que nos han resultado más interesantes, en busca de evidencia para asociar cambios genéticos y fenotípicos. Con todos estos antecedentes, se podrá finalmente abordar la validación de estos SNPs, usando una colección amplia de variedades con fenotipos de racimo sueltos y compactos.
En la medida que se identifiquen variantes genéticas que se asocien con un fenotipo positivo (racimos sueltos) o inconveniente (racimos compactos), y se validen en diferentes fondos genéticos (el mayor número de variedades posible), se podrá considerar que se trata un marcador informativo y potencialmente utilizable en selección de líneas de mejoramiento.
Así también, será deseable que los marcadores (genes) identificados expliquen un porcentaje relevante de la varianza fenotípica, de tal forma que la selección requiera el uso combinado del menor número de marcadores posible (SNPs u otros), utilizando una plataforma analítica simple, de fácil implementación, bajo costo y con una interpretación de resultados que deje poco espacio a dudas.
La idea de estos marcadores es poder seleccionar líneas de mejoramiento en etapas tempranas de su desarrollo, para reducir el numero de plantas a ser evaluadas en campo. También podría hacerse selección negativa, si un marcador se asocia con un fenotipo desventajoso (por ejemplo, bayas pequeñas o presencia de semillas); en este caso, sería un marcador (o alelos) que se asocien con racimos compactos.
Cabe destacar que la información sobre genes asociados al fenotipo de interés podrá ser usada en experimentos de edición génica de la vid (o en una especie modelo con desarrollo más rápido), para evaluar el efecto de inhabilitar (suprimir) o sobreexpresar el gen en cuestión y evaluar el fenotipo resultante.
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Esta investigación es parte de un trabajo más amplio, que es el desarrollo de variedades propias en Chile. Cabe destacar que estas nuevas variedades pueden convertirse en un material de alto valor estratégico y comercial (en este caso, no solo se exportaría fruta, sino conocimiento a través de la genética).
De esta manera, si se logra integrar éste y otros marcadores genéticos que asistan el proceso de selección de nuevos y mejores genotipos, se amplía la disponibilidad de opciones productivas, lo que es un factor clave para cualquier industria.
En la medida que se desarrollen variedades que sean menos susceptibles al ataque de hongos fitopatógenos —para lo cual es muy favorable disponer de racimos sueltos con espacio para el crecimiento de las bayas y buena ventilación—, es posible proponer que se requerirá un menor uso de fungicidas. Sin embargo, esto es un tema que requerirá validaciones y estudios posteriores para verificar estos supuestos. Hay que tener en cuenta que los factores que determinan la proliferación de un hongo fitopatógeno son diversos y no solo se limitan a la arquitectura del racimo.
El desarrollo de nuevas variedades en especies leñosas con etapas de juvenilidad prolongadas, como la vid, es un proceso de varios lustros. Dado que el uso de este tipo de herramientas (marcadores genéticos de apoyo a la selección) ocurre en etapas tempranas del crecimiento de una planta, una eventual nueva variedad desarrollada con estas herramientas genéticas podría verse en no menos de 10 o 15 años.
La industria de la uva de mesa nacional pasa por una crisis importante. Pero la historia muestra que estos son procesos cíclicos, por lo tanto, un mensaje para nuestra industria es que consideren la posibilidad de participar del desarrollo de la nueva genética: una apuesta difícil y a largo plazo, pero que ya ha demostrado ser posible en Chile. El mundo seguirá necesitando uva de contraestación, y el énfasis de la producción en Chile debería estar en fruta de calidad. Calidad y diversidad, lo bueno y variado siempre tendrá un buen destino.
Otros investigadores y asistentes de INIA que participaron en este trabajo son Marco Meneses (postdoc), Juan Pablo Iribarra, Carolina Araya y Erika Salazar. Además, colaboran investigadores de la Universidad de Concepción, la Pontificia Universidad Católica y el Instituto Federal de Genética de la Vid de Alemania, Geilweilerhof.
