Los avances genómicos revelan cómo malezas similares pueden dominar campos de trigo separados geográficamente por más de 5.000 millas.
Se han secuenciado dos genomas de Alopecurus, el pasto negro y el pasto naranja o cola de zorro corto, para ayudar a los investigadores a comprender qué hace que estas malezas sean sobrevivientes tan excepcionales en los sistemas agrícolas modernos.
Tanto el pasto negro (Alopecurus myosuroides) como el pasto cola de zorro naranja (Alopecurus aequalis) son nativos de muchas regiones del hemisferio norte. Sin embargo, el pasto negro se ha convertido en la maleza agrícola predominante en el trigo y la cebada de invierno de Europa occidental, mientras que el pasto cola de zorro naranja ha surgido como la maleza agrícola dominante en cultivos similares en partes de China y Japón.
Ambas son malezas que crecen en cultivos herbáceos y con frecuencia compiten con los cultivos de cereales. Los cambios en las prácticas de cultivo no han sido eficaces para controlarlas y ambas han desarrollado resistencia a múltiples herbicidas.
Dado que ambas malezas representan una amenaza importante para el rendimiento de los cultivos y la seguridad alimentaria , es esencial comprender mejor los factores genéticos que impulsan sus resistencias y resiliencias para generar estrategias eficaces de control. Para llenar este vacío de conocimiento se requieren recursos genómicos de alta calidad.
En diciembre de 2023, científicos de Rothamsted, la Universidad de Clemson y Bayer publicaron un genoma anotado de la hierba negra . Las semillas de la hierba negra procedían de una población recolectada en 2017 en el experimento a largo plazo de Broadbalk que nunca había sido tratada con herbicidas y, por lo tanto, seguía siendo susceptible al control químico.
La comparación de estas poblaciones con poblaciones resistentes de otros campos del Reino Unido permitió a estos investigadores identificar mecanismos genéticos correlacionados con la resistencia.
Ahora, un año después, se ha publicado un genoma anotado de la cola de zorro naranja en la revista Scientific Data .
Para este genoma, los investigadores de Rothamsted colaboraron con socios del Instituto Earlham y la iniciativa Atlas Europeo de Genomas de Referencia (ERGA), cuyo objetivo final es proporcionar genomas de referencia para todas las especies europeas. Las plantas de cola de zorro anaranjada secuenciadas procedían de semillas del Banco de Semillas del Milenio de Kew de una población recolectada en el Reino Unido.
Como la cola de zorro naranja no está presente en el agroecosistema del Reino Unido, es poco probable que haya estado expuesta alguna vez a herbicidas y, por lo tanto, al igual que las semillas de Broadbalk, este genoma es una referencia importante ya que no habrá sido influenciado por las fuertes presiones selectivas que han dado forma a algunas poblaciones de malezas.
El Dr. Jon Wright, autor principal del estudio y bioinformático del Instituto Earlham, dijo: «Los recursos genómicos son cada vez más importantes para permitir que los criadores y productores, que están bajo una presión cada vez mayor, desarrollen enfoques nuevos y sostenibles para controlar las malezas, las plagas y las enfermedades.
«Para entender cómo compiten estas malas hierbas con las plantas que queremos cultivar y analizar los trucos que utilizan para frustrar a los agricultores, necesitamos contar con genomas de alta calidad. Hemos podido empezar a explorar la historia evolutiva de estas malas hierbas, en particular su desarrollo de resistencia a los herbicidas. Esto podría utilizarse para desarrollar herbicidas eficaces u otras estrategias para controlar mejor estas malas hierbas».
El genoma de la cola de zorro anaranjada, de 2,83 Gb, es más pequeño que el genoma de la hierba negra (3,572 Gb) y contiene poco más de 33.750 genes codificadores de proteínas. El genoma está ensamblado en un total de siete estructuras a nivel cromosómico, y la mayoría están completas con secuencias de telómeros en uno o ambos extremos.
«Con estos genomas de calidad platino en la mano, podemos reducir el aislamiento geográfico a escala continental y los 7,4 millones de años de divergencia entre estas dos especies para preguntarnos si las similitudes entre ellas son el resultado de una evolución paralela o tienen un origen común», dijo la investigadora de Rothamsted, la Dra. Dana MacGregor, última autora del genoma de A. aequalis y coautora del genoma de A. myosuroides.
«Cuando comparamos los genomas de la cola de zorro anaranjada y del pasto negro con la cebada (un cultivo en el que crecen), nos sorprendió descubrir que la estructura del genoma de la cola de zorro anaranjada se parece más a la de la cebada que al del pasto negro. Estos reordenamientos genómicos resaltan áreas de conservación funcional o divergencia que impulsan adaptaciones a entornos específicos o nichos ecológicos», dijo MacGregor.
«Lo mejor de todo es que podemos entender mejor qué hace que estas malezas sean unas sobrevivientes tan excepcionales en los sistemas agrícolas modernos».
Más información: Jonathan Wright et al, Ensamblaje del genoma a escala cromosómica y anotación de novo de Alopecurus aequalis, Scientific Data (2024). DOI: 10.1038/s41597-024-04222-y
