La caña de azúcar es un cultivo tropical que contribuye con el 60-80% de la sacarosa cruda producida en todo el mundo. Se conocen dos especies silvestres de caña de azúcar en el Saccharum género, S. espontaneo y S. robustum. la dulce caña domesticada, S. officinarum, se cree que fue domesticado a partir de S. robustum en Nueva Guinea hace unos 8,000 años. Las cañas de azúcar son todas poliploides (tienen más de dos pares de cromosomas) y los cultivares modernos tienen alrededor de 120 cromosomas, lo que complica cualquier trabajo genómico con cañas de azúcar. En comparación, los humanos tienen 23 pares, 46 cromosomas en total.

Nicolás Pompidor, estudiante de doctorado, y Dra. Angelique D'Hont desde CIRAD y colegas de la Universidad de California, Berkeley y la Universidad de Illinois analizó cientos de secuencias de cañas de azúcar y descubrió que el género se origina a partir de tres genomas fundadores. Se encontró que todos los cultivares modernos derivan de algunas hibridaciones interespecíficas hechas por criadores hace un siglo entre unos pocos S. officinarum y S. espontaneo. La Dra. Angélique D'Hont ha contribuido a montar el primer genoma de referencia de la caña de azúcar y ha estado trabajando en genómica del banano.

Pompidor, D'Hont y sus colegas secuenciaron 12 haplotipos del cultivar R570, centrándose en dos regiones genómicas distintas (Adh1 y Rpa1). Los investigadores también colocaron 95 secuencias del genoma completo y 304 secuencias específicas para capturar la diversidad genética de Saccharum (S. officinarum, S. robustum, S. spontaneum, S. barberi, S. edule) y especies relacionadas. Se analizaron relaciones filogenéticas, tiempos de divergencia y origen de tres grupos.

Los investigadores encontraron que los 12 haplotipos formaban tres grupos, lo que sugiere que había tres genomas fundadores (A, B y C) que estaban involucrados en el origen del Saccharum género y cultivares modernos de caña de azúcar. Los genomas A y B fueron aportados por la caña dulce, S. officinarum mientras que el C fue aportado por las especies silvestres, S. espontaneo. Se estimó que estos grupos se separaron unos de otros hace entre 0.8 y 1.3 millones de años, mientras que los Saccharum y Miscanthus los géneros divergieron entre sí hace 5.7 millones de años. Dentro de las dos regiones genómicas, se identificaron entre 60 y 188 polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) que se pueden usar en estudios futuros para investigar las contribuciones de los tres genomas fundadores en otros cultivares.

Los primeros híbridos de caña de azúcar hechos por el hombre entre S. officinarum y S. espontaneo se hicieron debido a brotes de enfermedades, pero los híbridos tenían niveles bajos o nulos de azúcar.

El alto contenido de azúcar fue restaurado a través de repetidos retrocruzamientos con S. officinarum.

“Los tres grupos de SNP [polimorfismos de un solo nucleótido] también se encontraron en todos los cultivares modernos probados, todos derivados de algunas hibridaciones interespecíficas realizadas por criadores hace un siglo entre unos pocos S. officinarum y S. espontaneo y barberi clones Estas hibridaciones interespecíficas fueron seguidas por retrocruzamientos con S. officinarum para recuperar un buen desempeño agronómico”, escribieron Pompidor, D'Hont y sus colegas.

“Nuestros resultados sugirieron que, después de su divergencia del linaje Miscanthus, el linaje Saccharum se diferenció en algunos sublinajes (A, B, C y pueden haber otros) que sufrieron eventos auto- y/o alopoliploides que llevaron al presente. poliploides de orden superior (>4x)”.

Este estudio ha respondido a muchas preguntas sobre los orígenes de la Saccharum género y superó los desafíos de trabajar con la genómica de un grupo muy complicado de plantas.
El cultivo de la caña de azúcar tiene una gran impacto negativo en el medio ambiente ya que son el cultivo más sediento del mundo pero es una bioenergía importante. La demanda mundial de ellos sigue aumentando. La próxima vez que mezcle una cucharada de azúcar en su bebida, tenga en cuenta que se requieren 213 galones de agua para producir una libra de azúcar de caña refinada.