¿Cómo sabe su edad una manzana?
A primera vista puede parecer una pregunta frívola, pero considere lo siguiente: la madurez de la fruta es fundamental para tomar decisiones, sobre todo, desde el momento de la cosecha hasta la ventana de comercialización. Por eso, los investigadores del Departamento de Agricultura de los EE. UU. en Wenatchee (Washington) quieren entender los fundamentos genéticos de la madurez de las manzanas y las peras.
“Todas las manzanas del árbol saben cuándo llega el otoño”, indicó Loren Honaas, biólogo molecular del USDA. “Sabemos que todas saben cuándo se preparan para madurar, pero esto ocurre en momentos diferentes. ¿Qué hace que una manzana sea temprana o tardía? ¿En qué momento de su vida se encuentra esta manzana?”.
Honaas se unió al Servicio de Investigación Agrícola (ARS, por sus siglas en inglés) del USDA en 2016 para tratar de resolver ese tipo de preguntas científicas esenciales con su experiencia en un campo conocido como genómica funcional.
La genómica funcional relaciona un gen con un rasgo, pero a gran escala porque la madurez de la fruta es un proceso complejo controlado por muchos genes, indicó Honaas. Al comparar enormes conjuntos de datos sobre la actividad genética (inclusive de los genes que se traducen en proteínas) en las distintas fases de maduración de la fruta, los modelos informáticos pueden identificar patrones de los genes clave que intervienen en todo el proceso fisiológico.
Esos patrones pueden entonces producir herramientas de predicción para ayudar a la industria a tomar mejores decisiones de almacenamiento o de comercialización, o cultivar fruta resistente a los trastornos de la senescencia, explicó el fisiólogo de poscosecha Jim Mattheis, líder de investigación en el laboratorio del ARS en Wenatchee.
“Las técnicas para hacer esto son muy complicadas, pero en realidad, el objetivo es proporcionar mejores herramientas a la industria”, dijo.
Por parte de la ciencia aplicada, los investigadores pretenden ver si es posible desarrollar un índice de madurez de las manzanas que pudiera aplicarse a todos los cultivares basándose en la firma de la actividad genética, e intentar determinar por qué algunas peras Anjou necesitan el acondicionamiento con etileno para desencadenar la maduración. Ambos proyectos cuentan con el apoyo del sector a través de la Comisión de Investigación de Frutas de Árbol de Washington.
“Buscamos esos elementos que podamos medir y que nos indiquen el estado futuro de la fruta”, explicó Honaas, comparándolo con un panel de pruebas médicas que pueden predecir el riesgo de que un paciente desarrolle una cardiopatía. “La madurez está relacionada con muchas cosas, por lo que es un buen punto de partida. ¿Va a madurar esta pera? Mientras esperamos que aparezca color de las manzanas, ¿nos la estamos jugando en cuanto a los trastornos de la senescencia?”
Recetas poscosecha de próxima generación
El campo de la ciencia de la poscosecha de la fruta de pepita ha recorrido un largo camino durante las décadas de su carrera, dijo Mattheis, al reflexionar sobre las innovaciones del 1-MCP y el almacenamiento en atmósfera controlada junto con el posterior perfeccionamiento de esas herramientas.
Pero ese progreso ha sido fruto de la prueba y el error; por ejemplo, poner diferentes cultivares bajo distintos niveles de oxígeno y ver cuál funciona mejor. El enfoque de la genómica funcional permite ahora a los investigadores buscar los mecanismos subyacentes de la madurez y desarrollar herramientas sobre esa base.
Tomemos el complejo problema de la maduración de la pera Anjou. Mediante la comparación de la actividad génica de muchas frutas en diferentes fases de maduración, esperan encontrar indicadores, ahora invisibles, de por qué algunas frutas están en camino de madurar bien mientras que otras peras, aparentemente idénticas, no maduran. La industria ya conoce muchos de los factores que intervienen en la maduración ideal —como la carga frutal, el clima de la temporada de crecimiento y la madurez en el momento de la cosecha—, pero no la razón por la cual son importantes, afirmó Mattheis.
“Si sabemos cómo es probable que se comporte esta fruta, basándonos en su firma de expresión genética en este nivel de madurez, podemos tratar de cambiar los resultados posteriores a la cosecha”, indicó Mattheis. “Sin tener esta receta, toda la fruta entra en el mismo régimen de atmósfera controlada. En realidad, estamos intentando pasar de un enfoque de gestión subjetivo a uno mucho más objetivo”.
Las nuevas herramientas genómicas han marcado el comienzo de una época apasionante para el campo de la fisiología de la poscosecha, apuntó, acelerando nuevos conocimientos sobre cuestiones que antes no tenían respuesta.
Genómica
La revolución de la secuenciación del ADN ofrece hoy a los investigadores la oportunidad de ver un panorama mucho más amplio, dijo Stephen Ficklin, profesor de biología computacional en la Universidad Estatal de Washington que se asoció con el equipo del ARS.
Mientras que el primer genoma humano costó 2,700 millones de dólares y tardó más de una década en completarse, ahora la secuenciación de un organismo puede hacerse por miles de dólares en tan solo unas semanas, informó. La nueva tecnología permite utilizar la secuenciación del ADN para medir la actividad de los genes, lo que significa que los investigadores pueden explorar cómo los genes responden de forma diferente en distintos cultivares de manzanas, condiciones climáticas y tratamientos previos y posteriores a la cosecha. Son muchos los datos que hay que analizar.
“Lo que hace mi grupo es tratar de identificar patrones en grandes conjuntos de datos para encontrar genes que subyacen a rasgos complejos”, explicó Ficklin. “Utilizamos modelos estadísticos y de aprendizaje automático para encontrar patrones en los datos”.
Una manzana tiene 40,000 genes, dijo Honaas. Dos manzanas del mismo cultivar, recogidas en fechas diferentes, podrían tener miles de diferencias en su actividad genética. La mayoría de esas diferencias no son relevantes.
“Intentamos arrojar muchos datos al problema, muchas variedades, muchas fechas de recolección, para tratar de eliminar el ruido”, indicó. “Seguimos haciendo experimentos en busca de los mismos genes que están activos en el lugar y el momento adecuados”.
Honaas comparó la búsqueda con encontrar pequeñas piezas de un rompecabezas. Antes, utilizar esas piezas era como armar un rompecabezas sin la imagen. Las nuevas tecnologías actuales, que pueden secuenciar un genoma de referencia completo para cada cultivar, deberían proporcionar un marco que ayude a unir las piezas con mayor rapidez, afirmó.
“Es como cuando das la vuelta a una piedra y, a veces, te encuentras con un bicho genial. Nosotros descubrimos estas cosas interesantes en el genoma”, afirmó Honaas. “Hacemos los experimentos y vemos qué genes aparecen”.
Un ejemplo de esto es dejar al descubierto pistas sobre por qué el calentar una manzana Granny Smith la protege de una escaldadura superficial. Otros descubrimientos realizados hasta ahora son los marcadores biológicos de los genes de la maduración de las peras, lo que resulta muy interesante, pero es necesario seguir investigando para determinar cómo analizar esos biomarcadores de forma rápida y rentable, de modo que los conocimientos sobre la actividad de los genes puedan servir para tomar decisiones sobre la manipulación de la fruta.
—por Kate Prengaman
