Genetic architecture of soluble arabinoxylan fibre in elite genotypes of bread wheat revealed by genome-wide association analysis
Este estudio utilizó un análisis de asociación de genoma completo en 384 genotipos de trigo de élite del Reino Unido para identificar siete loci genéticos, incluyendo efectos estables mayores en los cromosomas 1B y 6B, que regulan el contenido de arabinoxilano extraíble en agua, demostrando que el fitomejoramiento para mejorar la fibra dietética soluble es alcanzable mediante la piramidación de alelos favorables existentes.
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La mayoría de la gente sabe que comer fibra es bueno para la salud. Ayuda a mantener en movimiento el sistema digestivo, reduce el riesgo de enfermedades cardíacas y mantiene estables los niveles de azúcar en sangre. Sin embargo, a pesar de estos conocidos beneficios, muchas personas simplemente no consumen suficiente. Una razón principal de este déficit es que el producto de trigo más popular del mundo, el pan blanco, está hecho de una parte del grano a la que se le ha eliminado casi toda su fibra. Durante el proceso de molienda, las capas exteriores del grano de trigo, que son ricas en fibra, se eliminan para dejar atrás el centro suave y almidonado que se utiliza para la harina blanca. Aunque los panes de grano entero conservan esta fibra, la mayoría de los consumidores siguen prefiriendo la textura y el sabor del pan blanco. Esto deja una brecha entre lo que la gente come y lo que los expertos en salud recomiendan que consuman.
Los científicos saben desde hace tiempo que el trigo contiene un tipo específico de fibra llamada arabinoxilano, que se encuentra en las paredes celulares del grano. Una versión particularmente saludable de esta fibra es la extractable en agua, lo que significa que puede disolverse en agua y es fácilmente fermentada por las bacterias de nuestro intestino. El desafío ha sido aumentar la cantidad de esta fibra beneficiosa en la harina blanca sin cambiar la forma en que el pan sabe o se siente. Durante años, los investigadores han sospechado que los genes dentro de la planta de trigo controlan cuánta de esta fibra se produce. Sin embargo, las instrucciones genéticas exactas no estaban claras, y no se sabía si las variedades de trigo modernas, que han sido criadas para un alto rendimiento y resistencia a las enfermedades, aún conservaban el potencial genético para producir más de esta fibra.
Un equipo de investigadores del John Innes Centre y de Rothamsted Research en el Reino Unido se propuso resolver este enigma. Reunieron una gran colección de 384 variedades de trigo de élite, que representan las líneas más avanzadas y mejores utilizadas actualmente por los fitomejoradores comerciales. Estas no eran granos silvestres o antiguos, sino cultivares modernos cultivados en campos de todo el Reino Unido. El equipo cultivó estas variedades en dos ubicaciones diferentes para ver cómo el entorno afectaba el contenido de fibra. Molieron el grano en harina integral y midieron la cantidad de arabinoxilano extractable en agua. Debido a que el contenido de fibra en la harina integral está estrechamente vinculado al contenido en la harina blanca, esta medición sirvió como un indicador fiable de lo que se encontraría en el producto final del pan blanco.
Los resultados mostraron que existía una amplia gama de contenido de fibra entre estas líneas de trigo modernas. Algunas variedades contenían significamente más de esta fibra beneficiosa que otras, demostrando que el potencial genético para una fibra alta todavía existe dentro del material de mejora de élite. Los investigadores utilizaron entonces una poderosa técnica de escaneo genético para buscar puntos específicos en el ADN del trigo que estuvieran asociados con estas diferencias. Al comparar la composición genética de las plantas con sus mediciones de fibra, identificaron siete ubicaciones distintas en los cromosomas del trigo que controlan la cantidad de arabinoxilano extractable en agua.
Dos de estas ubicaciones ya eran conocidas por los científicos, situadas en los cromosomas 1B y 6B. El estudio confirmó que estos son los principales impulsores del contenido de fibra. Sin embargo, la investigación fue más allá, descubriendo cinco ubicaciones adicionales en los cromosomas 3A, 5B y 7A que también desempeñan un papel, aunque sus efectos son menores y a veces dependen de las condiciones de cultivo. El hallazgo más significativo en el cromosoma 6B involucró a un gen llamado PER1. Este gen actúa como un interruptor que controla qué tan estrechamente están ligados los filamentos de fibra. Cuando este gen trabaja de una manera específica, los enlaces son más débiles, lo que permite que más de la fibra se disuelva en agua y esté disponible para que nuestro cuerpo la utilice. Los investigadores descubrieron que las mejores versiones de este gen ya estaban presentes en las variedades de trigo modernas estudiadas.
El estudio también analizó los otros genes que encontraron para comprender qué podrían estar haciendo. Un gen en el cromosoma 5B parecía estar involucrado en la construcción de los bloques de azúcar necesarios para fabricar la fibra. Otro en el cromosoma 1B parecía ayudar a reorganizar la estructura de la pared celular, mientras que otros en el cromosoma 7A estaban vinculados a la modificación de la fibra después de haber sido construida. Crucialmente, los investigadores descubrieron que las versiones beneficiosas de estos genes no estaban fijas en su lugar; todavía se estaban mezclando y combinando dentro de las líneas de mejora. Esto significa que los fitomejoradores no necesitan ir en busca de nuevos genes de parientes silvestres, lo que a veces puede traer rasgos no deseados como rendimientos más bajos. En su lugar, pueden simplemente seleccionar las líneas de trigo existentes que portan la mejor combinación de estos genes naturales que aumentan la fibra.
Cuando los investigadores combinaron los efectos de estos genes, observaron un patrón claro. Las líneas de trigo que portaban más de las versiones favorables de estos genes tenían niveles progresivamente más altos de fibra extractable en agua. Las líneas más prometedoras del estudio, que portaban seis de las versiones genéticas favorables, tenían aproximadamente un 40 por ciento más de esta fibra beneficiosa que las líneas que no tenían ninguna de ellas. Esto sugiere que, al acumular estas ventajas genéticas naturales, los fitomejoradores pueden crear nuevas variedades de trigo que produzcan harina blanca con un contenido de fibra significativamente mayor.
Las implicaciones de este trabajo son prácticas e inmediatas. Demuestra que mejorar la calidad nutricional del alimento básico más popular del mundo no requiere un cambio total de la planta de trigo ni un cambio en los hábitos de los consumidores. Las herramientas genéticas para hacer que el pan blanco sea más saludable ya están sentadas en los programas de mejora de las principales empresas de semillas. Al utilizar los marcadores genéticos identificados en este estudio, los fitomejoradores pueden ahora seleccionar estos rasgos de alto contenido de fibra con precisión, asegurando que la próxima generación de variedades de trigo ofrezca mejores beneficios para la salud sin sacrificar la calidad que hace que el pan blanco sea tan popular. Este enfoque ofrece una forma escalable de aumentar la ingesta de fibra en la población, convirtiendo un alimento común en una herramienta más poderosa para la salud pública.
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