Los genes explican cómo el pan dio origen a la civilización humana

Un estudio internacional ha explicado cómo el trigo panificable contribuyó a transformar el mundo antiguo en su camino hasta convertirse en el cultivo icónico que es hoy

No todos los cereales sirven para hacer pan. El trigo panificable se distingue de otros cereales principalmente por su alto contenido de gluten, una proteína esencial para la elaboración de pan. Cuando el gluten se mezcla con agua, forma una red elástica que atrapa el dióxido de carbono producido por la levadura, permitiendo que la masa se expanda y que el pan tenga una textura esponjosa y aireada. Esta característica lo hace ideal para la panificación, a diferencia de otros cereales que, debido a su bajo contenido de gluten, no desarrollan la estructura necesaria para la elaboración de panes con estas cualidades.

Pero, ¿cómo surgieron las especies de trigo panificable?

«Nuestros hallazgos arrojan nueva luz sobre un acontecimiento emblemático de nuestra civilización que creó un nuevo tipo de agricultura y permitió a los humanos asentarse y formar sociedades», afirma el profesor Brande Wulff, investigador del trigo en la KAUST (Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología) y uno de los autores principales del estudio que aparece en Nature.

El trigo pan es un híbrido entre tres gramíneas silvestres que contienen tres genomas (A, B y D) dentro de una planta compleja

El profesor Cristóbal Uauy, jefe de grupo del Centro John Innes y uno de los autores del estudio, afirma: «Este trabajo ejemplifica la importancia de la colaboración mundial y de compartir datos y semillas entre países; podemos conseguir mucho combinando recursos y conocimientos entre institutos y más allá de las fronteras internacionales».

El secreto del éxito del trigo panificable, según la investigación de los institutos que integran el Open Wild Wheat Consortium (OWWC), reside en la diversidad genética de una hierba silvestre llamada Aegilops tauschii.

El trigo pan es un híbrido entre tres gramíneas silvestres que contienen tres genomas (A, B y D) dentro de una planta compleja. La Aegilops tauschii, una hierba por lo demás poco visible, proporcionó el genoma D del trigo panificable cuando se cruzó con el trigo de pasta cultivado primitivamente en el Creciente Fértil hace entre ocho y once mil años.

La hibridación fortuita a orillas del sur del Mar Caspio dio lugar a una revolución agrícola. El cultivo del trigo panificable se extendió rápidamente por una nueva y amplia gama de climas y suelos a medida que los agricultores adoptaban con entusiasmo este nuevo y dinámico cultivo, con su alto contenido en gluten que crea una masa panificable más elástica y aireada.

No existe trigo panificable silvestre

Este rápido avance geográfico ha desconcertado a los investigadores del trigo. No existe ningún trigo panificable silvestre, y el tipo de hibridación que añadió el nuevo genoma D a los genomas A y B del trigo creó un cuello de botella genético, por el que la nueva especie tenía una diversidad genética muy reducida en comparación con las hierbas silvestres de su entorno.

Este efecto de cuello de botella, unido al hecho de que el trigo es una especie endogámica, es decir, que se autopoliniza, sugiere que el trigo panificable podría tener dificultades fuera de sus orígenes en el Creciente Fértil. Entonces, ¿cómo llegó a estar tan extendido por toda la región?

Para resolver este enigma, la colaboración internacional reunió un panel de diversidad de 493 accesiones únicas que abarcaban el área de distribución geográfica de Aegilops tauschii desde el noroeste de Turquía hasta el este de China.

De este panel, los investigadores seleccionaron 46 accesiones que reflejan los rasgos de la especie y su diversidad genética, para crear un Pangenoma, un mapa genético de alta calidad de Aegilops tauschii.

A partir de este mapa, escanearon 80.000 variedades locales de trigo panificable -variedades adaptadas localmente- conservadas por el CIMMYT y recogidas en todo el mundo.

Estos datos mostraron que alrededor del 75% del genoma D del trigo panificable procede del linaje (L2) de Aegilops tauschii, originario del sur del Mar Caspio. El 25% restante de su composición genética procede de linajes de toda su área de distribución.

«Este 25% de material genético procedente de otros linajes de tauschii ha contribuido y definido el éxito del trigo panificable», afirma el profesor Simon Krattinger, autor principal del estudio.

«Sin la viabilidad genética que aporta esta diversidad, lo más probable es que no comiéramos pan a la escala actual. De lo contrario, el trigo panificable sería hoy un cultivo regional, importante en Oriente Próximo, pero dudo que se hubiera convertido en dominante a escala mundial sin esta plasticidad que permite al trigo panificable adaptarse».

El viaje de los genes del pan

Un estudio anterior del OWWC reveló la existencia de un linaje distinto de Aegilops tauschii restringido geográficamente a la actual Georgia, en la región del Cáucaso, a 500 kilómetros del Creciente Fértil. Este linaje de Aegilops tauschii (L3) es importante porque ha proporcionado al trigo panificable el gen más conocido para la calidad de la masa.

En este estudio, los investigadores plantearon la hipótesis de que si se tratara de una introgresión histórica, similar a una huella genética neandertal en el genoma humano, encontrarían variedades locales en las colecciones del CIMMYT que tuvieran una mayor proporción de la misma. El análisis de los datos mostró que las variedades locales de trigo del CIMMYT recogidas en la región de Georgia contenían un 7% de introgresiones L3 en el genoma, siete veces más que las variedades locales de trigo panificable recogidas en el Creciente Fértil.

«Utilizamos las accesiones L3 tauschii como conejillo de indias para rastrear las hibridaciones con 80.000 variedades locales de trigo panificable», explica el profesor Krattinger. «Los datos apoyan maravillosamente una imagen en la que el trigo panificable surge en el sur del Caspio, luego con la migración y la expansión agrícola llegó a Georgia y aquí con el flujo genético y las hibridaciones con las peculiares accesiones L3, genéticamente distintas y geográficamente restringidas, dio lugar a la afluencia de nuevo material genético».

«Este es uno de los aspectos novedosos de nuestro estudio y confirma que utilizando nuestros nuevos recursos podemos rastrear la dinámica de estas introgresiones en el trigo para pan».

Además de resolver este antiguo misterio biológico, el nuevo pangenoma de código abierto de Aegilops tauschii y el germoplasma puesto a disposición por el OWWC, están siendo utilizados por investigadores y mejoradores de todo el mundo para descubrir nuevos genes de resistencia a enfermedades que protegerán los cultivos de trigo contra plagas agrícolas ancestrales como la roya del trigo. También pueden extraer de esta hierba silvestre genes de resistencia al clima que puedan incorporarse a cultivares de trigo de élite.

Los investigadores del Centro John Innes colaboraron estrechamente con colegas de la KAUST utilizando métodos bioinformáticos para rastrear los niveles de ADN aportados al trigo panificable por el linaje L3 de Aegilops tauschii.

El profesor Uauy concluyó: «El estudio pone de relieve la importancia de mantener recursos genéticos como la Unidad de Recursos de Germoplasma financiada por el BBSRC aquí en el Centro John Innes, que mantiene colecciones históricas de hierbas silvestres que pueden utilizarse para reproducir rasgos valiosos como la resistencia a las enfermedades y la resistencia a las plagas en el trigo moderno.»

Origen y evolución del genoma D del trigo panificable aparece en Nature.

REFERENCIA

Origin and evolution of the bread wheat D genome