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El primer vistazo al genoma completo del sorgo puede introducir nuevos usos para alimentos y combustible

enero 1, 2020
Redaccion

Aunque las líneas de sorgo se adaptaron para crecer en climas templados hace décadas, un investigador de la Universidad de Illinois dijo que él y su equipo completaron el primer análisis genómico completo de los cambios moleculares detrás de esa adaptación.

por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign

Patrick Brown, profesor asistente de fitomejoramiento y genética, dijo que tener una caracterización completa de las ubicaciones (loci) que afectan a rasgos específicos acelerará la adaptación del sorgo y otros pastos relacionados a los nuevos sistemas de producción de alimentos y combustible.

Brown está trabajando en el proyecto a través del Instituto de Biociencias Energéticas en la U de I, con la esperanza de utilizar los hallazgos de sorgo como plataforma de lanzamiento para trabajar con genomas complejos de otras materias primas . El EBI proporcionó los fondos iniciales para el estudio.

Para adaptar el sorgo tropical resistente a la sequía a los climas templados, Brown explicó que las líneas de sorgo se convirtieron a lo largo de los años seleccionando y cruzando líneas exóticas con líneas adaptadas a la temperatura para crear líneas insensibles al fotoperíodo para la madurez temprana, así como más cortas. plantas que podrían ser cosechadas a máquina.

«Sorprendentemente, nadie realmente había genotipado estas líneas para descubrir qué había sucedido cuando fueron adaptadas», dijo Brown. «Ahora que el genotipado es barato, puede obtener muchos datos para una inversión modesta».

Estudios anteriores habían examinado una región genómica específica o un subconjunto más pequeño de estas líneas. «Este es el primer estudio que los analiza a todos. Se publicó un artículo anterior que analizaba una región específica del cromosoma 6. Lo que hicimos no fue mucho más costoso, y obtuvimos una imagen más amplia que estaba completamente habilitada por la tecnología». él dijo.

Los investigadores utilizaron una nueva técnica llamada genotipado por secuenciación (GBS) para mapear las diferencias genéticas en 1160 líneas de sorgo. Brown dijo que GBS es una nueva tecnología desarrollada en los últimos dos años. Brown y su equipo, junto con otros investigadores, han realizado mejoras en el proceso. «Usando GBS, ahora podemos cubrir todo el genoma con algunas brechas en líneas individuales», dijo.

Si bien se han realizado muchas mejoras para el sorgo de grano, Brown dijo que se han realizado pocas mejoras para los tipos dulces o bioenergéticos.

«Parte de la razón para preocuparnos por todo eso ahora es que hasta este momento el sorgo se ha cultivado principalmente para grano. Es algo bastante corto, no se vuela en las llanuras ventosas y es realmente resistente. Pero ahora hay es un gran interés utilizar el sorgo para otras cosas, como cultivar sorgo dulce en áreas donde cultivan caña de azúcar y cultivar sorgo de biomasa para bioenergía a través de la combustión o la tecnología celulósica «.

Obtener un mapa completo de los rasgos en los que los investigadores están más interesados ​​(altura y madurez de la planta) ayudará a los investigadores a desbloquear la diversidad en las líneas exóticas y llevarla al sorgo de grano, dijo Brown.

«Podremos comenzar a avanzar. Básicamente podremos reproducir todos estos tipos de sorgo con mayor facilidad y utilizar los genes que criamos en el sorgo de grano en los últimos cien años y convertirlos en sorgo dulce y sorgo de biomasa «Creemos que encontrar esos genes va a ser crítico», dijo.

Incluso con este mapa genético completo, Brown dijo que la investigación aún no está en el punto final.

«El caso que siempre planteo es que aquí tenemos sorgo de grano, donde hemos hecho casi todo el fitomejoramiento y donde hemos apilado los genes buenos. Aquí tenemos sorgo exótico, que no ha sido mejorado en absoluto, sin embargo, es donde está la mayor parte de la diversidad genética. Para que esa diversidad genética sea útil para el sorgo de grano, necesitamos saber dónde están los genes para la altura y la madurez para que podamos aportar una buena diversidad y mantener nuestro sorgo de grano corto y temprano como lo necesitamos «, dijo.

Por otro lado, Brown agregó que si se van a realizar mejoras para el sorgo dulce, forrajero o de biomasa, los investigadores deberán incorporar algunos de los genes del sorgo de grano , para rasgos como la calidad de la semilla o el vigor de la temporada temprana.

«Este es el material agronómico general que hemos estado criando, no los genes para el enanismo y la precocidad. La mayor parte de este sorgo ahora se destina a la alimentación de pollos o etanol en los Estados Unidos».

«Tenemos una colaboración con Markus Pauly, un investigador de EBI en Berkeley que está estudiando la composición del sorgo. Pero el mayor problema con el sorgo de biomasa en este momento es el contenido de humedad de la biomasa. A diferencia del miscanthus o switchgrass, donde puede ir y cosecha en febrero, cuando está casi completamente seco, y todo el nitrógeno ya ha sido trasladado a la tierra, el sorgo no funciona de esa manera «, dijo Brown.

Debido a que el sorgo de biomasa se cultiva anualmente, creciendo hasta que llega la helada, cuando se cosecha tiene un alto contenido de humedad. «Cuando lo reducimos, hay toneladas de biomasa. No sé si hay algo más que pueda igualarlo en el área, pero la biomasa es realmente muy húmeda. Para la idea celulósica actual tal como está ahora, eso no es muy útil «, dijo.

«Ese es uno de los obstáculos para el sorgo de biomasa en este momento», dijo. «El sorgo dulce, donde exprimes el jugo azucarado como la caña de azúcar, puede estar más cerca en el horizonte. Hay una planta de etanol que está comenzando en el sur de Illinois que planea usar un 25 por ciento de sorgo dulce». En este momento, estamos usando sorgo como un modelo, tal vez podamos encontrar genes de sorgo con los que también podamos jugar en miscanto o caña de azúcar «, dijo.

Brown agregó que con los estudios genéticos y las mejoras hay otras oportunidades de valor agregado para el grano de sorgo. «No es tan nutritivo como el maíz, pero los investigadores lo ven como una forma de combatir la obesidad. Están buscando compuestos que eviten que absorba toda la nutrición de los alimentos en el intestino delgado», dijo.

Otro gen encontrado muestra que el sorgo produce una gran cantidad de antioxidantes en la capa externa del grano. «Produce 10 veces más antioxidantes que los arándanos. El rendimiento de los híbridos de sorgo con esos rasgos aún no es lo que necesitan ser. Hay cosas que resolver con todo esto», dijo.

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