Por Ashley Strickland, CNN

La humilde papa moderna, domesticada por primera vez hace unos 10.000 años, surgió en la cordillera de Los Andes antes de convertirse en un cultivo clave del que depende el mundo. Sin embargo, debido a que las plantas no se conservan bien en el registro fósil, su linaje ha permanecido en gran medida en el misterio.

Ahora, un equipo de biólogos evolutivos y científicos genómicos ha rastreado los orígenes de este alimento básico a base de almidón hasta un encuentro casual hace millones de años con un pariente vegetal inesperado: el tomate.

Los investigadores analizaron 450 genomas de especies de papas cultivadas y silvestres, y los genes revelaron que un antiguo ancestro de la planta de tomate silvestre se cruzó naturalmente con una planta parecida a la papa llamada Etuberosum hace 9 millones de años o, mejor dicho, se volvió a encontrar, ya que ambas plantas se separaron originalmente de una planta ancestral común hace unos 14 millones de años, según un estudio publicado este jueves en la revista Cell.

Si bien ni los tomates ni los etuberosums tenían la capacidad de producir tubérculos (la parte comestible y alargada de plantas domesticadas como la papa, el ñame y la malanga, que crecen bajo tierra), la planta híbrida resultante sí lo hizo. Los tubérculos evolucionaron como una forma innovadora para que la planta de papa almacenara nutrientes bajo tierra a medida que el clima y el ambiente de Los Andes se volvían más fríos y, una vez cultivados, se convirtieron en un pilar de la dieta humana. Actualmente existen más de 100 especies silvestres de papa que también producen tubérculos, aunque no todas son comestibles debido a que algunas contienen toxinas.

“La evolución de un tubérculo otorgó a las papas una enorme ventaja en entornos hostiles, impulsando una explosión de nuevas especies y contribuyendo a la rica diversidad de papas que vemos y de las que dependemos hoy”, declaró en un comunicado el coautor del estudio, Sanwen Huang, presidente de la Academia China de Ciencias Agrícolas Tropicales y profesor del Instituto de Genómica Agrícola de Shenzhen, perteneciente a la Academia China de Ciencias Agrícolas. “Por fin hemos resuelto el misterio del origen de las papas”.

Los científicos también han descifrado qué genes aportó cada planta para la creación de tubérculos. Comprender cómo se originaron y evolucionaron las papas podría, en última instancia, ayudar a los científicos a desarrollar papas más resilientes, resistentes a enfermedades y a las condiciones climáticas cambiantes.

Las papas, los tomates y los etuberosum pertenecen al género Solanum, que incluye unas 1.500 especies y es el género más grande de la familia de las solanáceas. A simple vista, las plantas de papa parecen casi idénticas a las etuberosum, lo que inicialmente llevó a los científicos a pensar que eran hermanas con un ancestro común, según el coautor del estudio JianQuan Liu, profesor de la Facultad de Ecología de la Universidad de Lanzhou en Gansu, China.

Los etuberosums incluyen solo tres especies y, si bien las plantas tienen flores y hojas similares a las de las plantas de papa, no producen tubérculos.

“Los etuberosums son algo especial”, declaró a CNN la Dra. Sandy Knapp, coautora del estudio y botánica investigadora del Museo de Historia Natural de Londres. “Son especies que probablemente nunca verías a menos que fueras a las islas Juan Fernández, las islas Robinson Crusoe en medio del Pacífico, o si estuvieras en la selva tropical de Chile”.

Pero al trazar el linaje de las papas, los tomates y los etuberosums se reveló un giro inesperado que parecía indicar que las papas estaban más estrechamente relacionadas con los tomates a nivel genético, dijo Knapp.

El equipo utilizó análisis filogenéticos —un proceso similar a determinar en los humanos una relación padre-hija o hermana-hermana a nivel genético— para determinar las relaciones entre las diferentes plantas, dijo Liu.

El análisis mostró una contradicción: las papas podrían ser hermanas de los etuberosums o de los tomates, dependiendo de diferentes marcadores genéticos, dijo Liu.

El ancestro común de 14 millones de años de los tomates y los etuberosums, y las plantas que se derivaron de él, ya no existen y se perdieron en la noche de los tiempos geológicos, afirmó Knapp. En su lugar, los investigadores buscaron marcadores genéticos en las plantas para determinar su origen.

“Lo que utilizamos es una señal que viene del pasado, que todavía está en las plantas que tenemos hoy, para intentar reconstruir el pasado”, dijo Knapp.

Para rastrear esa señal a través del tiempo, los investigadores compilaron una base de datos genética de papas, incluyendo el análisis de especímenes de museos e, incluso, la recuperación de datos de papas silvestres raras que son difíciles de encontrar, algunas de las cuales se encuentran en un solo valle en Los Andes, dijo Knapp.

“Las papas silvestres son muy difíciles de muestrear, por lo que este conjunto de datos representa la colección más completa de datos genómicos de papas silvestres jamás analizada”, dijo en un comunicado el coautor del estudio Zhiyang Zhang, investigador del Instituto de Genómica Agrícola de Shenzhen en la Academia China de Ciencias Agrícolas.

La investigación reveló que la primera papa, y todas las especies de papa posteriores, incluían una combinación de material genético derivado de etuberosums y tomates.

Es probable que los cambios climáticos o geológicos hicieran que un antiguo etuberosum y un ancestro del tomate coexistieran en el mismo lugar, afirmó Liu.

Dado que ambas especies son polinizadas por abejas, lo más probable es que una abeja transportara el polen entre ambas plantas y diera origen a la papa, según Amy Charkowski, decana asociada de investigación de la Facultad de Ciencias Agrícolas de la Universidad Estatal de Colorado. Charkowski no participó en la nueva investigación.

El lado del tomate proporcionó un gen SP6A, un “interruptor maestro”, que le indicó a la planta de papa que comenzara a producir tubérculos, mientras que un gen IT1 del lado del Etuberosum controlaba el crecimiento de los tallos subterráneos que formaban los tubérculos almidonados, explicó Liu. Si alguno de estos genes hubiera faltado o no hubiera funcionado en conjunto, las papas nunca habrían formado tubérculos, según los investigadores.

“Una de las cosas que ocurre en la hibridación es que los genes se mezclan”, dijo Knapp. “Es como barajar una baraja de cartas de nuevo y encontrar diferentes cartas en diferentes combinaciones. Y afortunadamente para esta hibridación en particular, se unieron dos tipos de genes, lo que creó la capacidad de tuberizar, y eso es un evento fortuito”.

La evolución de las papas tuberosas coincidió con una época en la que la cordillera de Los Andes se elevaba rápidamente debido a las interacciones entre las placas tectónicas, lo que creó una enorme columna vertebral a lo largo del oeste de Sudamérica, explicó Knapp. Los Andes son una compleja cordillera con numerosos valles y una variedad de ecosistemas.

Los tomates modernos prefieren ambientes secos y cálidos, mientras que los etuberosums prefieren un espacio templado. Sin embargo, el ancestro de la papa evolucionó para prosperar en los hábitats secos, fríos y de gran altitud que surgieron en Los Andes, y el tubérculo le permitió sobrevivir, explicó Knapp. Las papas podían reproducirse sin necesidad de semillas ni polinización. El crecimiento de nuevos tubérculos dio lugar a nuevas plantas, que podían prosperar en diversos ambientes.

La papa cultivada que consumimos hoy es actualmente el tercer cultivo básico más importante del mundo y, junto con el trigo, el arroz y el maíz, es responsable del 80 % de la ingesta calórica humana, según el estudio.

Entender la historia del origen de la papa podría ser la clave para generar más innovación en las papas del futuro; reintroducir genes clave del tomate podría llevar a papas de reproducción rápida reproducidas por semillas, algo con lo que Huang y su equipo en la Academia China de Ciencias Agrícolas están experimentando.

Los cultivos modernos enfrentan presiones por el cambio ambiental, la crisis climática y nuevas plagas y enfermedades, dijo Knapp.

“Las papas de semilla son interesantes porque pueden ser más diversas genéticamente y resistentes a enfermedades y otros riesgos agrícolas”, afirmó Knapp. La reproducción vegetativa de las papas (cortar una papa en trozos y plantarlos para crear un cultivo) da como resultado papas genéticamente idénticas que pueden desaparecer si aparece una nueva enfermedad.

Estudiar las especies silvestres que se han enfrentado a tales desafíos y han evolucionado en respuesta a ellos también podría ser crucial, añadió.

El laboratorio de Charkowski está interesado en cómo las papas silvestres resisten las enfermedades y por qué algunas plagas y enfermedades de las plantas solo afectan a las papas o los tomates.

“Además de ayudarnos a comprender la evolución de la papa y el desarrollo del tubérculo, los métodos utilizados (en este estudio) también pueden ayudar a los investigadores a aprender sobre otras características, como la resistencia a enfermedades e insectos, la nutrición, la tolerancia a la sequía y muchas otras características importantes de las plantas de papa y tomate”, dijo Charkowski.

Las papas siguen siendo un cultivo importante en regiones áridas o áreas con veranos cortos y grandes altitudes, lugares donde no crecen otros cultivos importantes, dijo.

Los hallazgos también muestran a las papas bajo una luz diferente: el resultado de un encuentro casual entre dos individuos muy diferentes, dijo la coautora del estudio, la Dra. Tiina Särkinen, experta en solanáceas del Real Jardín Botánico de Edimburgo.

“De hecho, es bastante romántico”, dijo. “El origen de muchas de nuestras especies no es una historia sencilla, y es muy emocionante que ahora podamos descubrir estos orígenes intrincados y complejos gracias a la riqueza de los datos genómicos”.

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