La cerveza y el whisky, amenazados por el cambio climático: así se pueden salvar

Los conocimientos genéticos acumulados desde hace un siglo podrían ayudar a los cereales como la cebada a soportar el cambio climático

Gracias a un experimento iniciado antes de la Gran Depresión, los investigadores han identificado los genes que subyacen a la extraordinaria adaptabilidad de la cebada, ingrediente clave de la cerveza y el whisky. Estos conocimientos podrían garantizar la supervivencia del cultivo en medio del rápido cambio climático.

Cultivada desde Asia y Egipto hasta Noruega y los Andes sudamericanos, la cebada es uno de los cereales más importantes del mundo desde hace al menos 12.000 años. A medida que se ha ido extendiendo por el planeta, cambios aleatorios en su ADN le han permitido sobrevivir en cada nuevo lugar.

Es fundamental identificar los genes que cambiaron para predecir qué variedades prosperarán en lugares que ahora luchan contra temperaturas cada vez más cálidas, sequías más prolongadas y tormentas más dramáticas.

«Hace tiempo que los fitomejoradores comprendieron la necesidad de desarrollar cultivos que se adaptaran bien a su entorno local. Así que, hace un siglo, comenzaron este experimento en Davis, California, con variedades de cebada de todo el mundo con el objetivo de identificar variedades adaptadas localmente», dijo Dan Koenig, genetista de la UC Riverside.

Los genes que harán sobrevivir a la cebada

«Los científicos que iniciaron el experimento no tenían la capacidad de precisar qué genes hacen que la cebada tenga éxito y un alto rendimiento en un entorno concreto, pero ahora podemos estudiar decenas de millones de cambios genéticos en un solo experimento en mi laboratorio», dijo Koenig.

En un nuevo estudio publicado en la revista Science se describen docenas de genes que contribuyen a la adaptabilidad de la cebada. Koenig, autor principal del estudio, explicó que algunos de los genes identificados ayudan a la cebada a programar sus procesos reproductivos en las épocas más óptimas de la temporada de cría.

«Florecer demasiado pronto o demasiado tarde significa que la planta no podrá producir semillas», explica Koenig. «Para que los cultivos produzcan la máxima cantidad de semillas, deben florecer en una ventana muy estrecha».

En California, los cultivos deben terminar de florecer antes de que empiece la larga estación seca, o no habrá agua suficiente para producir semillas. Pero si las plantas florecen demasiado pronto, podrían quedar expuestas a las heladas. Los investigadores identificaron cómo la genética permite la floración exactamente en el momento adecuado, con varios genes que promueven la floración temprana y otros que reducen la floración tardía.

Identificar estos genes no fue un proceso fácil. «Uno de los retos a la hora de comprender las adaptaciones genéticas es que se pueden tardar décadas en verlas, ya que sólo se puede cultivar una generación de cebada al año», explica Koenig.

Afortunadamente, Koenig y sus colegas tienen acceso al experimento Barley Composite Cross II, fundado en Davis (California) en 1929 ¾ uno de los experimentos biológicos más antiguos del mundo. Se inició para descubrir nuevas variedades de cebada para el mercado californiano. Durante décadas, los criadores de Davis hicieron competir entre sí miles de tipos de cebada genéticamente distintos. La cebada que crecía mejor en el clima caluroso y seco de California superaba a sus vecinas y se hacía más frecuente con el tiempo.

La máquina del tiempo de las semillas

El grupo de Koenig se dio cuenta de que las semillas de este experimento podían utilizarse como una máquina del tiempo para observar directamente el proceso de adaptación e identificar los genes que permitían la supervivencia.

Durante estas 58 temporadas de cultivo, el campo pasó de 15.000 plantas individuales genéticamente distintas a un único linaje vegetal que dominaba el 60% de la población ¾ sin selección alguna por parte del ser humano.

«Nos sorprendió la cantidad de cambios que se produjeron en un corto periodo de tiempo evolutivo», afirma Koenig. «La selección natural remodeló por completo la diversidad genética de todo el genoma en sólo la vida de un ser humano».

El equipo de investigación está planeando estudios adicionales para examinar los datos experimentales a largo plazo de diferentes climas, para entender cómo el momento de la floración puede sintonizarse de manera diferente.

Además, al equipo le gustaría comprender mejor algo curioso que observaron. Durante el experimento de Davis, la población de plantas contenía variedades de muchos lugares. Al adaptarse al norte de California, las plantas aumentaron de forma natural su rendimiento casi el doble. Sin embargo, este aumento sigue siendo inferior al que obtienen los mejoradores con una estrategia de selección manual.

«El rendimiento puede competir con otros rasgos, como el crecimiento rápido o la altura», explica Koenig. «Los cultivadores quieren plantas que sean vecinas amistosas, pero ser amistosas podría limitar la adaptación al entorno».

Dado que la cebada es genéticamente similar al trigo, el arroz y el maíz, los conocimientos sobre cómo sobrevive en entornos tan diversos podrían servir para ayudar a estos otros cereales a adaptarse a condiciones climáticas extremas.

Utilizando tecnologías modernas como la ingeniería genómica y CRISPR, los investigadores podrían intentar diseñar otros cultivos que florecieran en momentos específicos más ventajosos.

«La capacidad de adaptación de la cebada ha sido la piedra angular del desarrollo de la civilización. Comprenderla es importante no sólo para seguir fabricando bebidas alcohólicas, sino también para nuestra capacidad de desarrollar los cultivos del futuro y mejorar su capacidad de adaptación a medida que cambia el mundo», afirmó Koenig.

REFERENCIA

Natural selection drives emergent genetic homogeneity in a century-scale experiment with barley

Imagen: Cebada creciendo en un campo de UC Davis, parte de un experimento biológico centenario. Crédito: Dan Koenig/UCR