Pesquisadores identificam genes-chave da espiga do trigo

Pesquisadores chineses desenvolveram plataforma de fenotipagem em alta resolução que permitiu mapear com precisão 54 características morfológicas das espigas de trigo em 1.359 acessos. Seu estudo indica como a seleção e combinação de variantes genéticas (haplótipos) ao longo do século XX pode haver contribuído para o aumento do volume da espiga.

A equipe analisou dados de 306 variedades tradicionais de diversas regiões do mundo e 1.053 acessos lançados entre 1900 e 2020 na China. A análise genética envolveu mais de 40 milhões de marcadores SNP, permitindo traçar a origem, seleção e impacto de alelos ligados à espiga.

As combinações haplotípicas foram identificadas como principais determinantes das variações na forma e no volume da espiga, componentes críticos para o rendimento do grão.

Volume da espiga

A espiga do trigo é formada por estruturas chamadas espiguetas, que produzem flores com anteras, carpelos e glumas. Os cientistas avaliaram cinco partes iguais da espiga, mensurando largura, espessura, área e volume em vista frontal e lateral. A espessura da espiga (largura lateral) e a largura frontal mostraram forte correlação positiva com o peso da espiga e o peso de grãos por espiga.

Enquanto o comprimento da espiga se manteve estável ao longo do tempo, a largura e a espessura aumentaram de forma significativa. A estratégia de seleção genética rompeu uma limitação natural: a correlação negativa entre espigas longas e espigas largas/espessas, comum em linhagens tradicionais. Esse rompimento permitiu obter espigas maiores, com maior número de grãos.

Seleção por regiões

A análise filogenética dividiu os acessos globais em dois grupos principais: asiáticos e europeus. Na China, os acessos foram agrupados em quatro fases de lançamento: pré-1960, 1961–1980, 1981–2000 e 2001–2020. A diversidade genética (π) e a diferenciação populacional (Fst) confirmaram que a introdução de variedades estrangeiras foi crucial para enriquecer a base genética do trigo chinês moderno.

Durante o processo de melhoramento, haplótipos desfavoráveis (ligados a espigas menores) foram gradualmente substituídos por combinações genéticas superiores. A frequência de haplótipos favoráveis para o volume da espiga aumentou de 12,6% antes de 1960 para 61,1% após 2000.

Haplótipos favoráveis

Mesmo com o avanço do melhoramento genético, muitos haplótipos favoráveis ainda permanecem subutilizados, especialmente em regiões como Oeste Asiático e na África. As combinações haplotípicas eficientes, capazes de ampliar o volume em múltiplas seções da espiga (da base ao topo), continuam presentes em menos de 30% dos acessos analisados.

Além disso, a análise mostrou que a morfologia da espiga pode ser regulada de forma independente em diferentes partes — topo (P1), centro (P2–P4) e base (P5). Essa descoberta abre caminho para manipulações genéticas direcionadas a partes específicas da espiga, com potencial de adaptação a ambientes variados.

Design molecular da espiga

O estudo validou funcionalmente dois genes candidatos -- TraesCS6B02G126000 e TraesCS1D02G068300 -- responsáveis pelo aumento do volume nas partes apical e basal da espiga, respectivamente. Linhagens recombinantes e populações haploides duplas confirmaram que a introdução de alelos específicos nesses genes pode aumentar o volume da espiga em até 18%.

Esses genes foram usados em programas de melhoramento assistido por marcadores. Um dos casos mais bem-sucedidos foi a criação de uma linha isogênica (BBC-154), na qual a introdução de um padrão genético específico aumentou o volume da espiga em 53,2% em comparação com a variedade parental.

Outras informações em doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116120