Diversitat genòmica i botànica del pèsol silvestre (Botànica mediterrània, 50/2017)

La setmana passada parlàvem d’una recerca de Dalias & Neocleous sobre l’impacte de la rotació de cultius en el rendiment de blat a Xipre. Però a banda d’estratègies de rotació o de co-cultiu, una altra línia de recerca quant a la seguretat alimentària és la conservació i utilització de variants silvestres parentes dels cultius més utilitzats. A Scientific Reports ha aparegut aquesta setmana un estudi d’un grup d’investigadors encapçalat Petr Skýmal, del Departament de Botànica de la Universitat Palacký d’Olomouc, sobre la diversitat genòmica i la macroecologia de parents silvestres del pèsol domèstic. El pèsol domèstic s’originà a l’Àsia sud-occidental, i estudiar-ne aquests parents permet reconstruir el procés de domesticació i d’expansió del cultiu del pèsol, així com el context més general de l’evolució del gènere Pisum.

Pesolera domèstica de la varietat tirabec

Una anàlisi genòmica del gènere Pisum

El protagonisme agrícola el té la família de les gramínies o poàcies. Però la família de les lleguminoses o fabàcies és la segona família botànica en importància agrícola, i suposa vora un 27% de la producció agrícola mundial.

El coneixement de l’evolució de les variants cultivades de lleguminoses requereix de la identificació i estudi de les variants silvestres més properes filogenèticament. Les plantes silvestres, alhora, poden servir de base per a la selecció de noves variants agrícoles. Diversos grups científics consideren que els parents silvestres de plantes cultivades poden jugar un paper rellevant en la recerca i la política de seguretat alimentària.

Un d’aquests grups és el de Petr Smýkal (*Zlín, 1969) i Iveta Hradilová. Smýkal concebé i gestionà un projecte de recerca sobre variants silvestres del gènere Pisum. Els genotipatges d’aquest projecte foren realitzats per Iveta Hradilová i Debjyoti Bhattacharyya, del Departament de Ciències de la Vida i Bioinformàtica de la Universitat d’Assam, a Silchar. Oldřich Trněný (d’Výzkumný ústav pícninářský, empresa de Troubsko), Smýkal i Abhishek Rathore (de The International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics, ICRISAT, d’Hyderabad) realitzaren les anàlisis de seqüenciació. La modelització geogràfica fou obra de Michael Bariotakis i Stergios Pirintsos, del Departament de Biologia de la Universitat de Creta, amb també participació de Jan Brus (del Departament de Geoinformàtic de la Universitat d’Olomouc). Les dades de genotipatge i de seqüenciació foren analitzades per Trněný i Hradilová. L’anàlisi estatística fou realitzada per Rathore, Roma Rani Das (ICRISAT), Trněný, Pirintsos i Christopher Richards (del National Laboratory for Genetic Resources Preservation, de Fort Collins, adscrit al Departament d’Agricultura dels Estats Units). Smýkal, Clarice J. Coyne (de la Washington State University, de Pullman) i Pirintsos redactaren un article que trameteren a Scientific Reports el 8 de maig i que, després d’una revisió, fou acceptat el 29 de novembre i publicat el 12 de desembre.

El pèsol és possiblement la lleguminosa més ben estudiada des d’una perspectiva genètica i ecofisiològica. N’hi ha prou a recordar que fa 150 anys fou amb pèsols que Gregor Mendel descrigué a Brno les lleis de l’herència de caràcters discrets. Els pèsols foren cultivats per primera vegada fa 10.000 anys a Orient Pròxim, per societats que també cultivaven altres llegums de gra i cereals, i que exportaren aquests cultius cap a occident, fins a cobrir tota la Conca Mediterrània. Carl Linné descrigué el pèsol domèstic com a Pisum sativum. Dins de la família de les lleguminoses o fabàcies, el gènere Pisum és inclòs en la tribu de les Fabeae, al costat de Lathyrus, Lens (llenties i afins), Vicia (veces) i Vavilovia.

En el gènere Pisum es reconeixen dues espècies, P. fulvum Sibth. & Sm. i P. sativum L. Dins de l’espècie P. sativum es reconeixen dues espècies, P. sativum sativum per al pèsol domèstic i P. sativum elatius per a variants silvestres. P. fulvum és una planta silvestre difosa a l’Àsia Sud-Occidental. P. sativum elatius, també silvestre, es difon per tota la Conca Mediterrània.

Smýkal et al. pretenen respondre amb aquest estudi quatre qüestions:
– 1. És la diversitat genètica del pèsol salvatge estructurada geogràficament o ambientalment?
– 2. Hi ha indicis d’hibridació entre espècies?.
– 3. Coincideix el centre de diversitat filogenètica de Pisum amb els centres de diversitat genètica d’aquestes espècies per tota la Conca Mediterrània i el Creixent Fèrtil?.
– 4. Com pot afectar el canvi climàtic la distribució de les dues espècies de Pisum?

364 mostres de Pisum

Smýkal et al. empren 364 mostres de pèsols (216 de P. sativum elatius i 148 de P. fulvum) per obtindre’n l’ADN complementari i els haplotips de les regions espaiadores transcrites de l’ADN ribosòmic (ITS). D’aquestes mostres, 161 (143 de P. sativum elatius i 18 de P. fulvum) s’empraren per a seqüenciació genòmica. Aquests materials foren recollits entre el 1970 i el 1990.

Per a l’extracció d’ADN genòmic es processava per a cada mostra una planta sencera. Per a l’obtenció d’haplotips de les regions ITS (ADN ribosòmic) i trnSG (ADN cloroplastídic) s’utilitzaren mostres d’herbari.

Per a la seqüenciació genòmica s’emprà la tècnica DArTseq. Aquesta tècnica permet obtindre 2,5 milions de seqüències per mostra.

L’estructura genètica del pèsol salvatge

L’anàlisi DArTseq de 161 mostres de Pisum salvatges mostra 66.910 marcadors polimòrfics, dels quals extrauen 35.647 polimorfismes mononucleotídics. D’acord amb aquests polimorfismes, queda clara que la principal partició és la que hi ha entre P. fulvum i P. elatius.

Dins de P. elatius es distingeixen cinc llinatges:
– Q1, representat per 19 mostres, 14 dels quals procedents d’Israel, Jordània i Turquia.
– Q2, representat per 23 mostres, principalment europees.
– Q3, representat per 15 mostres, principalment d’Israel i de Síria.
– Q4, representat per 43 mostres, des del Marroc fins a Armènia i Crimea.
– Q5, representat per 40 mostres.

Smýkal et al. classifiquen els pèsols salvatges en sis grups: Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 i F.

El pèsol és una planta amb una elevada taxa d’autopol·linització. S’entén, doncs, que les taxes d’heterozigosi de les mostres analitzades vagi de 0,33% a 13,5%, amb una mitjana del 0,72% per a F (Pisum fulvum) i de 1,48% per a Q (Pisum sativum elatius).

La distribució geogràfica d’aquesta diversitat no sembla ésser el producte d’un aïllament per distància.

Les dades genòmiques globals, així com els haplotips d’ITS i de trnSG, indiquen, doncs, que P. fulvum és una espècie clarament diferenciada, producte probablement d’una evolució divergent associada a l’adaptació d’un hàbitat específic. La interpretació de les dades de trnSG en el pèsol té la dificultat afegida que els cloroplasts, encara que rarament, poden heretar-se biparentalment.

El pèsol salvatge com a patrimoni botànic

El pèsol salvatge mostra una diversitat d’haplotips d’ITS més elevada que el pèsol domèstic. La reproducció per autofecundació no impedeix que puguin haver-hi creuaments, i algunes dades de Smýkal et al. indiquen hibridacions entre P. sativum elatius i P. fulvum.

Les lleguminoses o fabàcies aparegueren probablement a Àfrica en el Cretàcic tardà. Les “Fabeae” s’originaren a la Mediterrània Oriental en el Miocè mitjà, fa 23-16 milions d’anys. El gènere Pisum degué aparèixer a l’Àsia sud-occidental, des d’on es va difondre, especialment en els períodes de glaciació, cap a occident per tota la Conca Mediterrània, i cap a orient fins a Afganistan. El centre de la diversitat de Pisum es troba a l’Àsia sud-occidental, però hi ha dos centres secundaris, un al nord d’Àfrica, i un altre en el litoral de la Mar Egea i de la Mar Xipriota. Smýkal et al. remarquen la rellevància del pèsol silvestre africà recordant un passatge de “De Re Rustica” de Columel·la, en el que esmenta legionaris romans que recol·lectaven “pèsols silvestres dels sòls sorrencs de Numídia i Palestina per complementar la llur dieta”. En la distribució del pèsol silvestre en la Conca Mediterrània tingué un impacte la recolonització en sentit est-oest a la fi de la darrera glaciació (glaciació que fou més freda i eixuta a la Mediterrània Occidental que no pas a l’Oriental).

Smýkal et al. consideren necessàries mesures de conservació de la diversitat en les poblacions de pèsol silvestre.

Lligam:

Genomic diversity and macroecology of the crop wild relatives of domesticated pea. Petr Smýkal, Iveta Hradilová, Oldřich Trněný, Jan Brus, Abhishek Rathore, Michael Bariotakis, Roma Rani Das, Debjyoti Bhattacharyya, Christopher Richards, Clarice J. Coyne, Stergios Pirintsos. Scientific Reports 7 17384 (2017).

 

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: