Hace más de un siglo, un monje austríaco descubrió los principios de la herencia. Un fragmento de ese trabajo dice: “La fertilización artificial, llevada a cabo en plantas ornamentales para obtener nuevas variedades de color, motivaron los experimentos que se discutirán aquí”. Así sentaba, sin saberlo, las bases de una nueva ciencia: la Genética. Este pionero fue Gregor Mendel, quien, estudiando miles de plantas de arvejas (guisantes) en el jardín de su abadía, reveló los patrones matemáticos de la herencia recesiva y dominante, un avance fundamental en la genética.
Mendel fue el primero en explicar las proporciones de fenotipos resultantes de la hibridación y de sus subsecuentes generaciones. Él no conocía los genes, pero intuyó su presencia al llamarlos “elementos” del polen y el óvulo, causantes de las diferencias hereditarias. Sin embargo, décadas antes de que se identificaran los genes como el mecanismo de la herencia, Mendel desconocía la base molecular de sus siete caracteres, que seguían siendo «siete enigmas», según Shifeng Cheng, genetista evolutivo del Instituto de Genómica Agrícola de Shenzhen (AGIS).
La Arveja (*Pisum sativum*): Un Cultivo con Historia y Potencial
La arveja, científicamente conocida como *Pisum sativum*, es una planta leguminosa, prima del garbanzo, las habas y la soja. Es valorada no solo como un noble alimento, sino también como una especie mejoradora de suelos. Como alimento humano, se usa fresca o seca en platos muy variados como ensaladas, sopas y tartas, entre otros. Está presente en muchos alimentos procesados como sopas instantáneas, snacks, productos congelados, barras energéticas, harinas ricas en proteínas y fibra, y concentrados de proteínas que se utilizan para agregar a productos cárnicos cocidos, frescos y embutidos.
En países como Argentina, se cultiva de manera intensiva para consumo en fresco (chaucha), a menudo intercalada con otras especies hortícolas, especialmente en los Valles Calchaquíes, donde se asocia con pimiento y tomate. Cuando el objetivo es cosechar el grano seco, el cultivo se realiza de manera extensiva, similar a la soja. Canadá es el principal exportador de arveja, mientras que India, China y Bangladesh son los importadores clave. Estos países asiáticos prefieren las arvejas de granos amarillos, mientras que en Europa y América Latina se consumen las variedades de granos verdes; por este motivo, más del 80% de las variedades cultivadas en Argentina son verdes.
Las vainas de arveja pueden ser globosas o planas. Los fitomejoradores, siguiendo el ejemplo de Mendel, han realizado cruzamientos para obtener mejores chauchas. Uno de esos cruzamientos dio una chaucha globosa de sabor dulce, dando origen a los “guisantes dulces”, que se pueden consumir inmaduros (la vaina con sus granos). Posteriormente, se lograron plantas con menos zarcillos (la arveja es una planta trepadora), menos “hilos” en la sutura de la vaina y resistencia a enfermedades.
Bases Moleculares de las Características de la Arveja
Actualmente, la genómica permite conocer los genes que codifican para cada característica, su ubicación y su secuencia específica de bases. Los fenotipos son las características observables de la planta (semilla lisa o rugosa, amarilla o verde, etc.).
Forma y Dulzor de la Semilla
Hoy se sabe que las semillas lisas y rugosas son así porque acumulan almidón de manera diferente. La causa de estas diferencias reside en el gen SBE1 (por las siglas en inglés de Starch branching enzyme 1), que codifica la enzima que ramifica la molécula de almidón. En las semillas rugosas, este gen está interrumpido, lo cual lleva a una menor síntesis de almidón y una mayor síntesis de azúcares. El primer rasgo de Mendel vinculado a un gen fue la forma de la semilla: las variedades con semillas que se arrugan al secarse y tienen un sabor dulce poseen alelos recesivos «arrugados». En contraste, las arvejas con un alelo dominante «redondo» se mantienen lisas al secarse y son menos dulces, siendo a menudo utilizadas en sopas o piensos.
En 1990, investigadores del Centro John Innes (JIC) identificaron el gen SBE1, que codifica una enzima que ayuda a convertir los azúcares en almidón. Su forma dominante retiene el almidón en las semillas y las mantiene lisas, mientras que el alelo recesivo produce una enzima inactiva que deja más azúcar en las semillas.
Altura de la Planta
La diferencia entre plantas altas y bajas está dada por la síntesis de giberelinas, hormonas que regulan varios factores del crecimiento, incluyendo la división y elongación celular. La clave está en el gen que codifica la enzima 3β-hidroxilasa, necesaria para la transformación de GA20 (giberelina inactiva) en GA1 (giberelina activa).
Color de Semillas, Flores y Axilas
Mendel comprobó que las semillas verdes provenían siempre de plantas de flores púrpura y con axilas de las hojas pigmentadas. Estudiando estas características, se determinó que el color de flores y axilas de las hojas está determinado por un gen, más específicamente un factor de transcripción, que regula la síntesis de flavonoides (pigmentos) en toda la planta. Las semillas son verdes porque no pueden degradar la clorofila debido a una mutación (inserción de bases) en el gen SGR.
Color y Forma de las Vainas
En el caso del color de las vainas, las amarillas tienen cloroplastos con membranas individuales, sin granas y con solo el 5% de clorofila respecto al fenotipo vaina verde. Para la forma de las vainas, se descubrió que dos genes intervienen en esta característica, estando involucrados en la presencia o ausencia de esclerénquima (tejido de sostén) en su pared.
Los recientes estudios han revelado que las vainas amarillas se producen en plantas con ADN ausente junto a un gen implicado en la producción de clorofila. Se cree que el ARN defectuoso transcrito desde esa región de ADN interfiere con la síntesis de clorofila, dando lugar a vainas pálidas. Estos hallazgos forman parte de la resolución de los "enigmas" mendelianos restantes, incluyendo el color de la vaina, la disposición de las flores y si las vainas son comestibles.
Disposición de las Flores y Zarcillos
Mendel clasificó plantas con flores axiales y terminales. Actualmente, se sabe que la fasciación se debe a la acción de dos familias de genes: Clavata y Fasciata, que regulan el desarrollo del meristema apical. La primera controla el desarrollo y tamaño, y la segunda mantiene su organización celular.
En cuanto a los zarcillos, estos folíolos modificados ayudan a las plantas de arvejas a mantenerse erguidas y facilitan la cosecha. En la década de 1980, los fitomejoradores produjeron variedades con abundantes zarcillos, un rasgo controlado por un gen llamado afila. Sin embargo, los mismos alelos afila que promueven el desarrollo de más zarcillos y menos hojas, también pueden reducir la producción al eliminar, de alguna manera, genes adyacentes que influyen en el número y el peso de las semillas. Al revelar la ubicación exacta de estas deleciones en el genoma, los investigadores esperan ayudar a los fitomejoradores a seleccionar alelos afila que no eliminen los genes flanqueantes, optimizando así el rendimiento y las características deseables.
Crecimiento de la arveja hasta su cosecha💕🌿
La Genómica Moderna y la Resolución de los "Enigmas" Mendelianos
Hoy contamos con la ayuda inestimable de la genómica, la cual se desarrolló sobre los principios mendelianos de la herencia, los principios evolutivos de Darwin y el conocimiento de la estructura del ADN. La secuenciación del ADN ha resuelto los últimos enigmas genéticos que han rodeado durante mucho tiempo el trabajo de Gregor Mendel. El extenso estudio sobre las arvejas, realizado por un equipo internacional de investigadores, ha logrado resolver los últimos misterios persistentes de los rasgos estudiados en los experimentos genéticos de Mendel, ofreciendo a los fitomejoradores nuevas formas de mejorar el cultivo.
A pesar del gran tamaño del genoma de la arveja y el énfasis en cultivos de mayor importancia económica como el trigo, el maíz y el arroz, los costos decrecientes de secuenciación están cambiando este panorama. El genoma completo de la arveja se secuenció en 2019. Investigadores en China secuenciaron 237 tipos de arvejas y recopilaron sus diferencias genéticas en un mapa, publicado el año pasado. Esta diversidad permitió identificar 29 millones de marcadores genéticos, llamados polimorfismos de un solo nucleótido (SNP), que los cultivadores de arvejas pueden utilizar para guiar y acelerar la mejora de los cultivos.
Recientemente, Shifeng Cheng se ha asociado con colegas del JIC para ampliar considerablemente el catálogo de variaciones. El JIC tiene una conexión histórica con Mendel; su primer director, el genetista pionero William Bateson, contribuyó a la difusión de los hallazgos de Mendel y priorizó la investigación sobre la genética de la arveja, acumulando miles de variedades que abarcan una vasta diversidad genética, incluyendo las de Oriente Medio, Etiopía y el Himalaya. Juntos, AGIS y el JIC secuenciaron casi 700 variedades de arveja, generando 155 millones de SNP que correlacionaron con rasgos físicos de las plantas, lo que les permitió precisar la ubicación de genes importantes. Este es un logro significativo para la arveja, que "por fin ha encontrado la respuesta a este enigma de 160 años".
Los mapas genómicos, con abundantes marcadores, son cruciales para entender características determinadas por múltiples genes, ayudando a los fitomejoradores a aprovechar plenamente la herencia de Mendel para futuras mejoras en los cultivos de arveja.
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