Roja, roja y con muchos genes
Se entiende por cultivar a una población de plantas que comparten características de relevancia agrícola que permiten distinguir claramente a una población de las demás poblaciones de la especie. El nombre cultivar procede del inglés como contracción de cultivated variety, es decir, de variedad cultivada. Por ejemplo, dentro de la especie de la manzana existen diferentes cultivares que seguro que nos suenan como el Fuji, Golden Delicious, Granny Smith, etc. Todas pertenecen a la misma especie pero han sido seleccionadas para tener ciertas características diferenciales bien en su color, sabor, aroma, forma o tamaño, o bien en otras características menos evidentes pero no menos importantes como su resistencia a insectos u hongos, su precocidad de floración, resistencia a heladas, etc.
¿Pero, que es lo que diferencia, desde un punto de vista genético, una variedad de otra? La respuesta ha de estar, obviamente, en los genes, en el genoma. En ocasiones la mutación de un solo gen puede producir efectos tan importantes que hagan que aparezca una variedad diferente. Por ejemplo, el maíz dulce es el resultado de una mutación en un gen que controla la conversión del azúcar en almidón. Pero lo más normal es que dos variedades de una misma especie se diferencien no en un solo gen sino en un número más o menos grande cada uno de los cuales aporta una pequeña diferencia que sumada dan variedades diferentes.
Los genomas de las plantas, y de los otros seres vivos, han de contener necesariamente una serie de genes que cumplen labores básicas e imprescindibles para la supervivencia, pero también contienen genes que pueden ayudar a la supervivencia en algunas circunstancias pero que no son imprescindibles. Por ejemplo, en los humanos los genes que determinan el color de la piel, ojos y cabello no son imprescindibles, al menos en el hombre moderno. La selección natural es la que determina que combinaciones de genes sobreviven y cuáles no, pero en el caso de selección artificial, la selección natural no ejerce una influencia tan elevada de manera que pueden sobrevivir variedades que sin la ayuda del hombre jamás vivirían por sí solas en la naturaleza. Por lo tanto, las diferencias esperables entre variedades cultivadas pueden ser muy altas, mucho más que las esperadas entre variedades naturales.
La capacidad actual que tenemos de secuenciar de manera relativamente rápida genomas completos, o casi, nos proporciona herramientas muy buenas para estudiar el origen de las diferencias entre cultivares. Un ejemplo, lo constituye un trabajo recientemente publicado en la revista Plant Cell por investigadores del Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable y de la Facultad de Química de la Universidad de la República en Montevideo, Uruguay, en colaboración con investigadores del Centro de Genómica Funcional de la Universidad de Verona, en Italia. En este trabajo se han comparado los genomas de dos variedades de viña, una típica de Uruguay, la tannat, y otra de la cual se había previamente secuenciado completamente su genoma, la PN40024.
Una de las especies cultivadas en donde se tiene más en cuenta los cultivares es, sin duda, en la viña. A todos seguramente nos suenan nombres como Cabernet Sauvignon, Chardonnay, Garnacha blanca, Macabeo, Merlot, Moscatel, Pinot Noir, Tempranillo y tantas otras. Debido a su gran importancia económica, se han desarrollado muchos sistemas de marcadores genéticos que permiten distinguir perfectamente unas variedades de viña de otras, no solamente de cara a controles de denominación de origen sino también para proyectos de mejora genética. Pero, ¿Qué es lo que hace que una variedad de viña sea la que es?¿En qué se diferencian desde un punto de vista genético unas variedades de otras? En algunas ocasiones puede depender de uno o de unos pocos genes que controlan un carácter determinado como puede ser la síntesis de sustancias determinadas que confieren un color o un sabor determinados. Variaciones o mutaciones puntales en algunos de los genes responsables de la síntesis de estos compuestos pueden determinar cambios en el color de un fruto, por ejemplo.
El cultivar Tannat es una variedad de viña originaria de sudoeste de Francia, en la región de Maridan, cerca de los Pirineos atlánticos a medio camino entre Bayona y Toulouse. La variedad Tannat no se extendió en Francia más allá de la región de origen, principalmente debido a su difícil adaptabilidad. La epidemia de filoxera, que arrasó con los viñedos europeos hacia finales del siglo XIX, la redujo sensiblemente. por otro lado, en los años 1950 las políticas oficiales locales limitaron la proporción de tannat que podía emplearse en los vinos de la zona de Madiran, lo cual redujo aun mas las plantaciones de tannat, por lo que en la actualidad a penas se cultiva en Francia.
Sin embargo, durante la oleada de inmigración europea hacia América en el siglo XIX se trasladaron algunas cepas de Tannat a Uruguay. Fue Pascual Harriague, un vasco francés, quien logró implantar el primer viñedo de Tannat hacia 1870, en el departamento de Salto, al noroeste del país, cerca de las orillas del río Uruguay. Poco a poco la Tannat se fue extendiendo por el territorio uruguayo, adaptándose a las condiciones de clima y suelo de esa nueva tierra. De hecho, la tannat fue la variedad de cepa que mejor se adaptó a las condiciones ambientales de Uruguay y en la actualidad es la más importante del viñedo uruguayo, convirtiéndose en la cepa emblema de Uruguay ya que este país es prácticamente el único exportador de vinos 100% tannat del mundo.
La principal característica diferencial de las uvas tannat es su muy alto contenido en unas sustancias denominadas taninos. El término tanino fue originalmente utilizado para describir ciertas sustancias orgánicas que servían para convertir a las pieles crudas de animales en cuero, proceso conocido en inglés como tanning. En las plantas cumplen funciones de defensa ante los herbívoros ya que presentan un gran nivel de astringencia, y también tienen propiedades anti fúngicas y antimicrobianas. Los taninos están presenten en las manzanas, las moras, y en otras frutas rojas. Las semillas Tannat contienen altos niveles de taninos, y las pieles de las uvas Tannat en la madurez contienen altos niveles de antocianinas. Por ejemplo, el contenido en flavonoles de las semillas Tannat es 6 veces superior a las de Pinot Noir. Por lo tanto, las uvas Tannat producen un vino de color muy intenso, con alta acidez y que es adecuado para el envejecimiento a largo plazo debido a las propiedades antimicrobianas de los taninos. Se ha descrito que los taninos y flavonoles proporcionan beneficios para la salud de los seres humanos tales como ayudar a prevenir el cáncer y la reducción de inflamaciones.
Teniendo en cuenta todo lo anterior, los investigadores que estudiaron el genoma de tannat esperaban encontrar especialmente alteraciones en los genes implicados en la síntesis de flavonoles y taninos, entre otras diferencias, y eso es en realidad lo que encontraron aunque no en la manera en que esperaban ya que lo que vieron es que la variedad tannat contiene 1873 genes que no están presentes en la variedad de referencia PN40024, muchos de los cuales (81%) están implicados en la síntesis de flavonoles, polifenoles, taninos y otras sustancias similares. Es decir, que el alto contenido en estas sustancias de las uvas Tannat no se debe a que los genes implicados sean más activos sino a que hay más genes implicados. O dicho de otra manera, en algunas variedades de viña se han perdido bloques completos del genoma, lo cual ha hecho que se perdieran ciertos genes y que fueron seleccionadas por sus diferentes cualidades. Esto no parece ser un caso aislado para la viña ya que en el año 2012 se encontró algo parecido al comparar los genomas de 21 líneas de maíz. Por tanto, la selección artificial realizada por el hombre sobre los vegetales ha producido cambios mucho más importantes en los genomas de las plantas de los que nos podíamos imaginar hace pocos años.
¿Pero, que es lo que diferencia, desde un punto de vista genético, una variedad de otra? La respuesta ha de estar, obviamente, en los genes, en el genoma. En ocasiones la mutación de un solo gen puede producir efectos tan importantes que hagan que aparezca una variedad diferente. Por ejemplo, el maíz dulce es el resultado de una mutación en un gen que controla la conversión del azúcar en almidón. Pero lo más normal es que dos variedades de una misma especie se diferencien no en un solo gen sino en un número más o menos grande cada uno de los cuales aporta una pequeña diferencia que sumada dan variedades diferentes.
Los genomas de las plantas, y de los otros seres vivos, han de contener necesariamente una serie de genes que cumplen labores básicas e imprescindibles para la supervivencia, pero también contienen genes que pueden ayudar a la supervivencia en algunas circunstancias pero que no son imprescindibles. Por ejemplo, en los humanos los genes que determinan el color de la piel, ojos y cabello no son imprescindibles, al menos en el hombre moderno. La selección natural es la que determina que combinaciones de genes sobreviven y cuáles no, pero en el caso de selección artificial, la selección natural no ejerce una influencia tan elevada de manera que pueden sobrevivir variedades que sin la ayuda del hombre jamás vivirían por sí solas en la naturaleza. Por lo tanto, las diferencias esperables entre variedades cultivadas pueden ser muy altas, mucho más que las esperadas entre variedades naturales.
La capacidad actual que tenemos de secuenciar de manera relativamente rápida genomas completos, o casi, nos proporciona herramientas muy buenas para estudiar el origen de las diferencias entre cultivares. Un ejemplo, lo constituye un trabajo recientemente publicado en la revista Plant Cell por investigadores del Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable y de la Facultad de Química de la Universidad de la República en Montevideo, Uruguay, en colaboración con investigadores del Centro de Genómica Funcional de la Universidad de Verona, en Italia. En este trabajo se han comparado los genomas de dos variedades de viña, una típica de Uruguay, la tannat, y otra de la cual se había previamente secuenciado completamente su genoma, la PN40024.
Una de las especies cultivadas en donde se tiene más en cuenta los cultivares es, sin duda, en la viña. A todos seguramente nos suenan nombres como Cabernet Sauvignon, Chardonnay, Garnacha blanca, Macabeo, Merlot, Moscatel, Pinot Noir, Tempranillo y tantas otras. Debido a su gran importancia económica, se han desarrollado muchos sistemas de marcadores genéticos que permiten distinguir perfectamente unas variedades de viña de otras, no solamente de cara a controles de denominación de origen sino también para proyectos de mejora genética. Pero, ¿Qué es lo que hace que una variedad de viña sea la que es?¿En qué se diferencian desde un punto de vista genético unas variedades de otras? En algunas ocasiones puede depender de uno o de unos pocos genes que controlan un carácter determinado como puede ser la síntesis de sustancias determinadas que confieren un color o un sabor determinados. Variaciones o mutaciones puntales en algunos de los genes responsables de la síntesis de estos compuestos pueden determinar cambios en el color de un fruto, por ejemplo.
El cultivar Tannat es una variedad de viña originaria de sudoeste de Francia, en la región de Maridan, cerca de los Pirineos atlánticos a medio camino entre Bayona y Toulouse. La variedad Tannat no se extendió en Francia más allá de la región de origen, principalmente debido a su difícil adaptabilidad. La epidemia de filoxera, que arrasó con los viñedos europeos hacia finales del siglo XIX, la redujo sensiblemente. por otro lado, en los años 1950 las políticas oficiales locales limitaron la proporción de tannat que podía emplearse en los vinos de la zona de Madiran, lo cual redujo aun mas las plantaciones de tannat, por lo que en la actualidad a penas se cultiva en Francia.
Sin embargo, durante la oleada de inmigración europea hacia América en el siglo XIX se trasladaron algunas cepas de Tannat a Uruguay. Fue Pascual Harriague, un vasco francés, quien logró implantar el primer viñedo de Tannat hacia 1870, en el departamento de Salto, al noroeste del país, cerca de las orillas del río Uruguay. Poco a poco la Tannat se fue extendiendo por el territorio uruguayo, adaptándose a las condiciones de clima y suelo de esa nueva tierra. De hecho, la tannat fue la variedad de cepa que mejor se adaptó a las condiciones ambientales de Uruguay y en la actualidad es la más importante del viñedo uruguayo, convirtiéndose en la cepa emblema de Uruguay ya que este país es prácticamente el único exportador de vinos 100% tannat del mundo.
La principal característica diferencial de las uvas tannat es su muy alto contenido en unas sustancias denominadas taninos. El término tanino fue originalmente utilizado para describir ciertas sustancias orgánicas que servían para convertir a las pieles crudas de animales en cuero, proceso conocido en inglés como tanning. En las plantas cumplen funciones de defensa ante los herbívoros ya que presentan un gran nivel de astringencia, y también tienen propiedades anti fúngicas y antimicrobianas. Los taninos están presenten en las manzanas, las moras, y en otras frutas rojas. Las semillas Tannat contienen altos niveles de taninos, y las pieles de las uvas Tannat en la madurez contienen altos niveles de antocianinas. Por ejemplo, el contenido en flavonoles de las semillas Tannat es 6 veces superior a las de Pinot Noir. Por lo tanto, las uvas Tannat producen un vino de color muy intenso, con alta acidez y que es adecuado para el envejecimiento a largo plazo debido a las propiedades antimicrobianas de los taninos. Se ha descrito que los taninos y flavonoles proporcionan beneficios para la salud de los seres humanos tales como ayudar a prevenir el cáncer y la reducción de inflamaciones.
Teniendo en cuenta todo lo anterior, los investigadores que estudiaron el genoma de tannat esperaban encontrar especialmente alteraciones en los genes implicados en la síntesis de flavonoles y taninos, entre otras diferencias, y eso es en realidad lo que encontraron aunque no en la manera en que esperaban ya que lo que vieron es que la variedad tannat contiene 1873 genes que no están presentes en la variedad de referencia PN40024, muchos de los cuales (81%) están implicados en la síntesis de flavonoles, polifenoles, taninos y otras sustancias similares. Es decir, que el alto contenido en estas sustancias de las uvas Tannat no se debe a que los genes implicados sean más activos sino a que hay más genes implicados. O dicho de otra manera, en algunas variedades de viña se han perdido bloques completos del genoma, lo cual ha hecho que se perdieran ciertos genes y que fueron seleccionadas por sus diferentes cualidades. Esto no parece ser un caso aislado para la viña ya que en el año 2012 se encontró algo parecido al comparar los genomas de 21 líneas de maíz. Por tanto, la selección artificial realizada por el hombre sobre los vegetales ha producido cambios mucho más importantes en los genomas de las plantas de los que nos podíamos imaginar hace pocos años.
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