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El maíz varía mucho en términos del contenido de carotenoides, los cuales afectan el color del grano. Los granos blancos tienen casi no carotenoides, mientras los granos de color naranja tienen niveles casi tan altos como los de las zanahorias. Pero el color no necesariamente indica los niveles de beta carotina, así que los investigadores buscan las diferencias en la beta carotina al nivel de los genes.

Aumentando los niveles de vitamina A en maíz para combatir el hambre mundial

El maíz es un componente clave en las dietas de cientos de millones de personas en los países en vía de desarrollo, incluyendo los de África subsahariana. Pero millones de esas personas tienen un riesgo aumentado de problemas de salud porque sus dietas basadas en maíz tienen una falta de vitamina A.

Aproximadamente 40 millones de niños tienen la xeroftalmía, una enfermedad de los ojos que pueden causar la ceguera. Dos ciento cincuenta millones de personas sufren de problemas de salud a causa de una falta de vitamina A. Los investigadores del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) y sus colegas en la Universidad de Purdue y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT por sus siglas en inglés) han hecho algunos descubrimientos que podrían mejorar esta situación.

El maíz contiene los carotenoides, tales como beta carotina, que se convierten en la vitamina A en el cuerpo humano, pero solamente un porcentaje muy pequeño de las variedades de maíz tienen niveles naturalmente altos de carotenoides. Usando herramientas genéticas y estadísticas, los investigadores han identificado dos genes en maíz relacionados con los niveles mas altos de beta carotina. Ellos también han desarrollado una manera más económica y rápida de evaluar las plantas de maíz para detectar la presencia de los genes que producirán niveles aun más altos de este nutriente esencial.

Las investigaciones podrían aumentar por tres veces los niveles de carotenoides en el maíz de África, y podrían aumentar estos niveles aún más en algunas variedades, según genetista Edward Buckler del Centro Robert W. Holley de Agricultura y Salud mantenido por el ARS en Ithaca, Nueva York.

El proyecto, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencia, incluido contribuciones científicas importantes por genetista Marilyn Warburton de la Unidad de Investigación de Resistencia de Plantas Huéspedes de Maíz mantenida por el ARS en Starkville, Misisipí; genetista Torbert Rocheford con la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana; y Jianbing Yan con CIMMYT en México.

El maíz es uno de los cultivos más diversos genéticamente en el mundo. Como los seres humanos, cada mazorca es diferente genéticamente, con características un poco diferentes. Éste representa un desafío difícil para los científicos que están tratando de entender la base genética de cualquier nutriente de maíz. Es costoso evaluar genéticamente los nutrientes individuos del maíz. Un método común, llamado la cromatografía líquida de alta resolución, puede determinar los niveles de beta carotina en las diferentes líneas de plantas, pero evaluar una sola muestra cuesta de 50 a 75 dólares.

Los criadores necesitan evaluar cientos de plantas o más, pero el costo es demasiado alto. La evaluación usando marcadores genéticos sea una opción más eficaz para evaluar cantidades grandes de plantas si los genes involucrados en la producción de niveles altos de beta carotina se sabían.

Después de la identificación de las líneas de maíz que tienen altos niveles de carotinoides, los marcadores permiten la transferencia eficaz del rasgo deseado a muchas nuevas variedades por la selección asistida por marcadores. Esto es importante porque los granjeros en las naciones en vía de desarrollo necesitan variedades de maíz que crecerán bien muchos diferentes climas y condiciones ambientales.

Un nuevo enfoque y una manera mejor de probar el maíz

El equipo científico desarrolló una nueva estrategia para identificar los genes específicos y las regiones del cromosoma de maíz que influyen en la producción de carotenoides. Ellos examinaron el genoma de maíz por "mapear de asociaciones", un método facilitado por hallazgos recientes en análisis estadístico y la secuenciación de ADN. Estas técnicas aceleran la evaluación genética de cultivos. Mapear de asociaciones usa la diversidad genética natural del maíz para encontrar rasgos nuevos y útiles.

En el estudio, los investigadores examinaron las secuencias genéticas de líneas diversas de maíz todas partes del mundo. Ellos descubrieron dos genes mutantes naturales, cada uno de los cuales produce un enzima en niveles más bajos que los encontrados en la mayoría de variedades de maíz. Las plantas con cualquiera de estas mutaciones genéticas tienen niveles más altos de beta carotina, y plantas con ambas mutaciones tienen niveles aún más altos. Identificación de los dos genes usando los nuevos métodos fue un avance importante in la crianza de plantas más nutritivas, y estos hallazgos han sido publicados en las revistas Ciencia (2008) y Naturaleza-Genética (2010).

Después de la identificacion de los genes por mapear de asociaciones, marcadores pueden ser desarrollados de estos genes para permitir la selección asistida por marcadores, la cual es más fácil, más rápida y significativamente más barata que las pruebas usadas anteriormente, dice Buckler.

Ahora los científicos en los países en vía de desarrollo pueden cruzar las nuevas líneas de maíz que tienen niveles altos de beta carotina con variedades locales y, aplicando los marcadores desarrollados de estos dos genes, pueden seleccionar progenie adaptado al clima local que todavía tiene la capacidad de producir niveles altos de beta carotina.

Warburton y Yan trabajan con Michael Gore, quien previamente fue un estudiante graduado en el laboratorio de Buckler. Actualmente Gore es genetista en el Centro Agrícola de Terreno Árido de EE.UU. mantenido por el ARS en Maricopa, Arizona. Ellos trabajan con varias organizaciones internacionales tales como CIMMYT, la Universidad de Agricultura de China, y el Instituto Internacional de Agricultura Tropical para enseñar los criadores de plantas en los países en vía de desarrollo en la utilización de los nuevos métodos. Algunas de las líneas de maíz africano tienen tan poco como 0,1 microgramos de beta carotina por gramo de maíz.

Los investigadores están seguros de que encuentren los genes que producirán líneas de maíz que tendrán 15 microgramos de beta carotina por gramo, una meta para los científicos mundialmente que trabajan en mejorar variedades de maíz y combatir la hambre mundial.

"Hay una variación grande en el genoma de maíz, y esta variabilidad nos provee con muchas oportunidades para descubrimientos", dice Warburton — Por Dennis O'Brien, ARS.

La versión en inglés de "Aumentando los niveles de vitamina A en maíz para combatir el hambre mundial" ("Boosting Vitamin A Levels in Corn To Fight Hunger") fue publicada en la revista 'Agricultural Research' de mayo/junio 2010.