La avena se considera especialmente saludable. Aporta fibra, reduce los niveles de colesterol y no contiene gluten. Sin embargo, su composición genética ha sido difícil de comprender hasta ahora, principalmente por su gran tamaño y complejidad
Un equipo internacional de investigación, liderado por el Instituto IPK Leibniz, con la participación del grupo de ‘Mejora asistida por genómica’ del CBGP, ha logrado crear un pangenoma de la avena y también ha investigado cuándo y dónde se activan los genes en las diferentes partes de la planta. En un estudio posterior, otro equipo de investigación investigó el origen de la avena. Los resultados se han publicado hoy en las revistas Nature y Nature Communications.
El pangenoma es fundamental para comprender las plantas cultivadas, como la avena, ya que mapea toda su diversidad genética. Abarca no solo los genes presentes en todas las plantas, sino también aquellos que solo están presentes en ciertas especies, sirviendo de mapa. A su vez, el pantranscriptoma muestra qué genes están activos en diferentes tejidos, como hojas, raíces y semillas, y en qué etapas de desarrollo. Sirve como un atlas de expresión génica. Sin embargo, comprender cómo las diferencias genéticas influyen en las características individuales de las plantas es un desafío, especialmente en el caso de la avena. El genoma de la avena es muy complejo porque es una planta hexaploide con seis juegos de cromosomas que provienen de tres ancestros diferentes.
En su búsqueda del pangenoma, el equipo secuenció y analizó los genomas de 33 líneas de avena, incluyendo variedades cultivadas y sus parientes silvestres. Para crear el pantranscriptoma, examinaron los patrones de expresión génica en seis tejidos y las etapas de desarrollo de 23 de estas líneas de avena. Para ello, se utilizaron tecnologías de secuenciación de vanguardia. El objetivo era identificar posibles variaciones estructurales. Estas pueden implicar cambios en la disposición de los cromosomas, como inversiones (es decir, secciones rotadas) o translocaciones (es decir, secciones desplazadas a una ubicación diferente).
"Con nuestro pangenoma, demostramos el verdadero alcance de la diversidad genética en la avena. Esto nos ayuda a comprender mejor qué genes son importantes para el rendimiento, la adaptación y la salud", afirma el Dr. Raz Avni, primer autor del estudio. El equipo de investigación también descubrió algunos detalles sorprendentes en su trabajo. "Por ejemplo, descubrimos que se habían perdido muchos genes en uno de los tres subgenomas. Sin embargo, la planta sigue siendo productiva porque otras copias genéticas aparentemente asumen las tareas correspondientes".
"Descifrar el pangenoma de la avena demuestra cómo la genómica moderna puede impulsar la investigación básica y tener un impacto directo en la salud, la agricultura y el mejoramiento genético", explica el Dr. Martin Mascher, jefe del grupo de investigación "Genómica de la Domesticación" del IPK. Inmediatamente da un ejemplo. "También hemos descubierto que la variación estructural del genoma afecta a los genes responsables de controlar el tiempo de floración", afirma el Dr. Mascher, quien también coordina el consorcio internacional PanOat.
En otro estudio, un equipo internacional de investigación dirigido por Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC), con la participación del IPK, investigó la estructura genética de la avena silvestre y cultivada, con especial atención a la especie hexaploide Avena. Existen alrededor de 30 especies de Avena (diploide, tetraploide y hexaploide) en todo el mundo. Los investigadores analizaron aproximadamente 9000 accesiones. Su objetivo era identificar las estructuras poblacionales y las regiones genómicas asociadas con la adaptación local. Para su estudio, el equipo utilizó la genotipificación por secuenciación. Este método permite caracterizar exhaustivamente la variación genética en miles de muestras. “Nuestro estudio ha demostrado que la especie de avena silvestre Avena sterilis no solo tiene una, sino cuatro poblaciones genéticas diferentes, algunas de las cuales están vinculadas a regiones específicas del Mediterráneo y Oriente Medio”, explica el Dr. Raz Avni, uno de los autores del estudio. “También pudimos distinguir claramente una población independiente de la especie de avena cultivada Avena byzantina, así como varias poblaciones dentro de la especie de distribución extendida Avena sativa. Esto confirma indicios previos de que estos dos tipos de avena cultivada son genéticamente muy diferentes”, afirma el Dr. Martin Mascher, al explicar otro de los hallazgos del estudio, publicado hoy en la revista Nature Communications.
Resulta especialmente interesante que algunas regiones del genoma de la avena asociadas con la adaptación al entorno presenten reordenamientos estructurales. En estos casos, ciertas secciones del cromosoma se invierten (inversión) o se desplazan a una ubicación diferente (translocación). “Esto sugiere que diferentes estructuras cromosómicas podrían haber desempeñado un papel importante en la aparición de diversas líneas de avena, su domesticación y la formación de barreras reproductivas que dificultan el intercambio genético entre poblaciones”, explica el científico del IPK.
Investigadores del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP, UPM-INIA-CSIC, Madrid) desempeñaron un papel clave en el consorcio PanOat. El grupo de ‘Mejora asistida por genómica’ generó la secuencia completa del genoma de una de las variedades integradas en el pangenoma de la avena, contribuyó con los análisis y la coordinación a lo largo del proyecto, y ayudó a redactar y refinar el manuscrito de Nature. En el estudio complementario publicado en Nature Communications sobre los orígenes y la diversidad de la avena, reforzamos el conjunto de datos global añadiendo genotipos de avena irlandesa previamente caracterizados, lo que ayudó a determinar la estructura poblacional dentro de la avena cultivada.
Referencia bibliográfica:
Avni, R., Kamal, N., Bitz, L., Jellen, E.N., Bekele, W.A., Angessa, T.T., Auvinen, P., Bitz, O., Boyle, B., Canales, F.J., Carlson, C.H., Chapman, B., Chawla, H.S., Chen, Y., Copetti, D., Correia de Lemos, S., Dang, V., Eichten, S.R., Klos, K.E., Fenn, A.M., Fiebig, A., Fu, Y.-B., Gundlach, H., Gupta, R., Haberer, G., He, T., Herrmann, M.H., Himmelbach, A., Howarth, C.J., Hu, H., Isidro y Sánchez, J., Itaya, A., Jannink, J.-L., Jia, Y., Kaur, R., Knauft, M., Langdon, T., Lux, T., Marmon, S., Marosi, V., Mayer, K.F.X., Michel, S., Nandety, R.S., Nilsen, K.T., Paczos-Grzęda, E., Pasha, A., Prats, E., Provart, N.J., Ravagnani, A., Reid, R.W., Schlueter, J.A., Schulman, A.H., Sen, T.Z., Singh, J., Singh, M., Sirijovski, N., Stein, N., Studer, B., Viitala, S., Vronces, S., Walkowiak, S., Wang, P., Waters, A.J., Wight, C.P., Yan, W., Yao, E., Zhang, X.-Q., Zhou, G., Zhou, Z., Tinker, N.A., Fiedler, J.D., Li, C., Maughan, P.J., Spannagl, M., Mascher, M. 2025. A pangenome and pantranscriptome of hexaploid oat. Nature 1–9. DOI: 10.1038/s41586-025-09676-7
Bekele, W.A., Avni, R., Birkett, C.L., Itaya, A., Wight, C.P., Bellavance, J., Brodführer, S., Canales, F.J., Carlson, C.H., Fiebig, A., Li, Y., Michel, S., Nandety, R.S., Waring, D.J., Arbelaez, J.D., Beattie, A.D., Caffe, M., del Blanco, I.A., Fiedler, J.D., Gupta, R., Gutierrez, L., Harris, J.C., Harrison, S.A., Herrmann, M.H., Huang, Y.-F., Isidro y Sanchez, J., McMullen, M.S., Mitchell Fetch, J.W., Nilsen, K.T., Parkin, I.A.P., Peng, Y., Smith, K.P., Sutton, T., Yan, W., Zwer, P., Diederichsen, A., Esvelt Klos, K., Fu, Y.-B., Howarth, C.J., Jannink, J.-L., Jellen, E.N., Langdon, T., Maughan, P.J., Paczos-Grzeda, E., Prats, E., Sen, T.Z., Mascher, M., Tinker, N.A. 2025. Global genomic population structure of wild and cultivated oat reveals signatures of chromosome rearrangements. Nature Communications 16, 9486. DOI: 10.1038/s41467-025-57895-3
