Estudio de caracteres cuantitativos de interés agronómico para mejora genética de tomate

Es bien sabido que Mendel era un monje que realizó experimentos con guisantes (Pisum sativum) en los que descubrió que cuando el polen de plantas de semillas amarillas a las que había autofecundado durante varias generaciones, llamadas líneas puras, fecundaba los óvulos de plantas de semillas verdes, los descendientes de ese cruzamiento, o primera generación filial (F1), eran plantas de semillas amarillas. Además, cuando los óvulos de esas plantas F1 se autofecundaban, la segunda generación filial (F2) eran aproximadamente 75% plantas de semillas amarillas y 25% plantas de semillas verdes. Por ello decimos que el color de semillas amarillas es la variante dominante sobre el color de semillas verdes, variante recesiva.

Mendel repitió esos experimentos prestando atención a 7 caracteres, o cualidades de la plantas, en cada experimento. Los resultados siempre fueron los mismos, los híbridos F1 eran como uno de los padres (el dominante) mientras que en la F2 aproximadamente 75% de las plantas mostraban la variante dominante y 25% la variante recesiva. Desde hace años conocemos que un gen, un fragmento de ADN localizado en los cromosomas de guisante es el responsable de la herencia del carácter color de las semillas.

Ese gen tiene dos formas distintas o alelos y en las plantas como las F1 de Mendel, que están presentes ambos alelos, uno predomina sobre el otro. En la actualidad conocemos numerosos caracteres en todas las especies que siguen el mismo modo de herencia que Mendel describió, por lo que los denominamos caracteres cualitativos de herencia mendeliana.

Herencia más compleja

Sin embargo, cada vez conocemos más caracteres cuyo modo de herencia no es tan simple. Son los caracteres a los que llamamos cuantitativos y, desafortunadamente, buena parte de ellos son caracteres de gran interés para los productores y consumidores. En este tipo de caracteres se incluyen todos los relacionados con la producción y el sabor de los alimentos, así como muchas resistencias a plagas y enfermedades. El estudio de estos caracteres es complejo aunque indispensable, habida cuenta que alguno de ellos ocasiona numerosas pérdidas en la agricultura almeriense.

Pensemos en plantas de tomate en plena producción en la que algunos de sus frutos se agrietan antes de recolectarlos. El porcentaje de frutos agrietados es variable entre plantas e incluso puede ocurrir que los frutos no se agrieten en la planta, pero que algunos se agrieten durante su manipulación hasta ser consumidos. Si a ello unimos el hecho de que hay plantas cuyos frutos nunca se agrietan, pero sus descendientes sí que lo hacen y viceversa, se entiende que es prácticamente imposible estudiar la herencia de este carácter tal y como lo hizo Mendel. Por ello, hasta muy recientemente era difícil conocer el modo de herencia de los caracteres cuantitativos como el agrietado de los frutos, y solo podíamos deducir la intervención de varios genes y que los efectos de cada uno de esos genes puede ser muy variable.

Caracteres cuantitativos

Desde hace más de una década nuestro grupo de investigación comenzó a estudiar el modo de herencia de caracteres cuantitativos de tomate. Con tal fin, en primer lugar utilizamos más generaciones de estudio de las que se suelen analizar con los caracteres mendelianos. Una de las poblaciones que hemos desarrollado para este tipo de estudios la iniciamos cruzando óvulos de una planta de tomate (Solanum lycopersicum), con polen de una planta de un tomate silvestre (Solanum pimpinellifolium) antecesor de los tomates tipo cherry. A continuación cultivamos los descendientes durante ocho generaciones, hasta llegar a lo que se denomina una población de líneas consanguíneas o RIL (por las siglas en inglés de Recombinant Inbred Lines). Estas plantas fueron cultivadas y caracterizadas durante varios ciclos de cultivo para caracteres cuantitativos como el contenido en azúcares y ácidos o en compuestos nutracéuticos como licopeno, beta-caroteno y vitamina C. Simultáneamente realizamos un arduo trabajo de laboratorio en el que, utilizando técnicas modernas de Genética Molecular, hemos conseguido distinguir qué alelo de los parentales heredó cada línea para más de 300 sitios, o marcadores moleculares, distribuidos por los 12 cromosomas de tomate.

Con todo ese trabajo, después de un adecuado análisis estadístico hemos podido identificar donde están localizados los genes de tomate que controlan la herencia de todos los caracteres que analizamos. Algunos de esos genes habían sido ya identificados por colegas nuestros de otras instituciones públicas y privadas. Alentados con estos resultados nos propusimos el estudio de caracteres que, por su dificultad, nadie hubiese estudiado previamente y que fuesen relevantes para los productores y consumidores de tomate. Y elegimos el estudio del agrietado de los frutos de tomate así como su contenido en sales minerales.

De esa forma, hemos podido identificar los cromosomas de tomate donde se localizan los genes responsables de estos caracteres y qué posibles funciones desempeñan esos genes en las plantas. La utilidad de estos resultados ha sido reconocida por la comunidad científica que ha aceptado la publicación de esos trabajos en una serie de 3 artículos en una revista internacional de gran prestigio en el ámbito de la mejora genética llamada Theoretical and Applied Genetics.

Otras líneas

Aun reconociendo que el estudio de los caracteres cuantitativos es muy interesante, no es esta la única línea de investigación del Grupo de Investigación AGR-176 “Genética y Fisiología del Desarrollo Vegetal”. Muy poco tiempo después de su fundación en la década de los 90, el Grupo identificó y caracterizó un gen llamado Falsiflora, que muestra un patrón de herencia mendeliano, y que es clave para que las plantas de tomate puedan florecer y desarrollar frutos normalmente.

Desde entonces, la identificación de genes de tomate implicados en los procesos de floración y fructificación es una de las principales líneas de trabajo del grupo. Para ello aplicamos las actuales técnicas de la Genómica, rama de la Genética que se encarga del estudio de los genomas, todos los genes de todos los cromosomas de una especie.

La forma de realizar estos experimentos genómicos combina métodos del análisis mendeliano con análisis estadísticos e informáticos similares a los de análisis de los caracteres cuantitativos. Es necesario un nuevo artículo para explicar estos análisis genómicos, que están suponiendo para la mejora genética una revolución tan importante y trascendente como la que supusieron los experimentos de Mendel.