La caña de azúcar es un importante cultivo alimentario y bioenergético a nivel mundial. Produce ~80% del azúcar consumido en todo el mundo, y Brasil y la India juntos representaron el 61% de la producción mundial de caña de azúcar en 2021. A nivel mundial, la caña de azúcar es el quinto cultivo más grande por valor de producción y superficie, y también es el segundo cultivo bioenergético más grande. La caña de azúcar moderna es un híbrido interespecífico ( híbrido de especie Saccharum ) de especies progenitoras silvestres Saccharum officinarum (2 n = 80; x = 10) y Saccharum spontaneum (2 n = 40 a 130; x = 8) [ 3 ]. Este cultivo poliploide genéticamente complejo con un número variado de cromosomas (100 a 130) tiene uno de los genomas más grandes (~10 kb) entre las plantas, lo que hace que el mejoramiento de la caña de azúcar sea considerablemente lento y desafiante.
El mejoramiento de la caña de azúcar implica la selección clonal visual combinada con la detección manual del peso del tallo de la caña y el contenido de azúcar de la caña a través de un esquema de selección de múltiples etapas de 10 a 12 años de duración con detección de enfermedades incorporada hacia el final del programa de selección. A nivel mundial, la tasa de mejora del rendimiento de la caña de azúcar obtenida a nivel de producción de cultivos comerciales mediante el mejoramiento en las últimas décadas sigue siendo considerablemente más baja que la de otros cultivos importantes, y en algunos programas de mejoramiento, la ganancia genética parece haberse estancado.
El largo ciclo de reproducción, las dificultades prácticas para el fenotipado extensivo de las poblaciones reproductoras, la baja heredabilidad en sentido estricto de rasgos económicamente importantes, el gran genoma poliploide complejo con alta heterocigosidad y los efectos de interacción genotipo-ambiente-manejo se han atribuido a la baja tasa de ganancia genética. Más específicamente, la alta biomasa de las plantas de caña de azúcar hace que el fenotipado preciso y detallado sea logísticamente muy desafiante, lo que compromete la precisión de la selección. Esto es particularmente cierto en las primeras etapas de selección, confundidas por los grandes efectos de competencia entre parcelas causados por pequeñas parcelas de una o dos hileras. Por lo tanto, el fenotipado preciso, rentable y de alto rendimiento ofrece una excelente oportunidad para una estimación más precisa del verdadero potencial de rendimiento de los clones de caña de azúcar en ensayos de mejoramiento, un importante obstáculo para acelerar la mejora de la caña de azúcar.
Reconociendo la lenta y persistente mejora del rendimiento a partir del mejoramiento de la caña de azúcar y las ganancias genéticas aceleradas obtenidas a través de la selección asistida por marcadores moleculares (MAS) en varios otros cultivos, algunas de las principales industrias de la caña de azúcar invirtieron recursos sustanciales en la secuenciación del genoma de la caña de azúcar y MAS en las últimas 3 décadas. Durante este período, los sistemas de marcadores de ADN de la caña de azúcar han evolucionado gradualmente desde los marcadores iniciales basados en la hibridación hasta los marcadores actuales de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) derivados de secuencias de ADN, facilitados por tecnologías de secuenciación de próxima generación de alto rendimiento. Los rápidos avances en la secuenciación del ADN y las tecnologías de marcadores llevaron a la creación de sistemas de genotipado para la elaboración de perfiles de todo el genoma, como la selección genómica (GS), que fortaleció aún más el descubrimiento de marcadores y los estudios de asociación entre marcadores y rasgos. GS es un método robusto de genotipado capaz de utilizar una gran cantidad de creadores de ADN ligados a rasgos (p. ej., marcadores SNP) repartidos por todo el genoma y proporciona una estimación más sólida del mérito genético de un clon (para rasgos económicamente importantes) que la obtenida anteriormente. . Múltiples estudios independientes encontraron que puede utilizarse como un filtro genético eficaz de alto rendimiento para seleccionar clones de élite de caña de azúcar en programas de mejoramiento. Utilizando marcadores SNP, Deomano et al. Yadav et al. y, más recientemente, O’Connell et al. demostró las ventajas relativas de GS sobre la selección convencional en cuanto a rendimiento de caña, contenido de azúcar y resistencia a enfermedades. Sin embargo, a pesar de la larga historia del descubrimiento de marcadores moleculares, la aplicación de MAS, incluido GS, en el mejoramiento de la caña de azúcar aún no se ha realizado.
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https://spj.science.org/doi/10.34133/plantphenomics.0074
Autores
Ting Luo 1 , Xiaoyan Liu 1* y Prakash Lakshmanan 1,2,3*
Afiliaciones
1 Laboratorio Clave de Biotecnología y Mejoramiento Genético de la Caña de Azúcar (Guangxi), Ministerio de Agricultura y Asuntos Rurales, Instituto de Investigación de la Caña de Azúcar, Academia de Ciencias Agrícolas de Guangxi, Laboratorio Clave de Mejoramiento Genético de la Caña de Azúcar de Guangxi, Academia de Ciencias Agrícolas de Guangxi, Nanning 530007, China.
2 Centro de Investigación Interdisciplinario para el Desarrollo Agrícola Verde en la Cuenca del Río Yangtze, Facultad de Recursos y Medio Ambiente, Universidad del Suroeste, Chongqing 400716, China.
3 Alianza de Queensland para la Innovación Agrícola y Alimentaria, Universidad de Queensland, Santa Lucía 4067, QLD, Australia.
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