¿De la olla o refritos? Frijoles sazonados con una pizca de genómica

Azalea Guerra García

En Mesoamérica se domesticaron numerosas plantas que actualmente se consumen en todo el mundo. Probablemente el ejemplo más conocido es el maíz. Pero los frijoles también fueron domesticados en esta región de México y ocupan, sin lugar a dudas, un lugar significativo dentro de las aportaciones de nuestro país.

     La domesticación es el proceso mediante el cual los humanos modificamos a las especies silvestres de acuerdo a nuestras necesidades y preferencias, dentro de ambientes que creamos y controlamos. En Mesoamérica uno de esos ambientes creados por los seres humanos es la milpa. Este agroecosistema, como le conoce la comunidad científica, tiene como eje central al maíz, pero comúnmente incluye otras especies domesticadas, como frijoles, calabazas, chile, epazote, quelites, etcétera. Sin embargo, fuera de las milpas se encuentran una gran variedad de especies de frijoles que no han sido modificados por el ser humano. Estos frijoles comúnmente se conocen como frijoles de monte y son los parientes silvestres de los frijoles domesticados.

     Las especies de frijoles, tanto silvestres como cultivadas, pertenecen al género de leguminosas Phaseolus, el cual se distribuye desde el sureste de Canadá hasta el norte de Argentina, en una gran variedad de ecosistemas y condiciones climáticas. Dentro de esta amplia distribución, México es el centro de diversidad del grupo Phaseolus, es decir, aquí encontramos la mayoría de las especies de frijoles silvestres, y casi la mitad sólo habitan en México, en otras palabras, son endémicas.

04Fig01Figura 1. Especies de frijol domesticadas en México: a) P. vulgaris silvestre, b) P. vulgaris, c) P. coccineus, d) P. lunatus, e) P. dumosus, f) P. acutifolius. Fotografías: CIAT (http://ciat.cgiar.org/lo-que-hacemos/conservacion-y-uso-de-cultivos/?lang=es).     A diferencia de los frijoles que comemos, las vainas de los frijoles silvestres son pequeñas “bombas” que explotan para liberar y dispersar los diminutos frijoles, que son sus semillas. Estas semillas son muy distintas a los frijoles que consumimos, ya que son duras y de color café, mientras que en los cultivos de frijoles, dependiendo de la región, es posible encontrar una amplia gama de colores que van desde negro hasta blanco, pasando por rosa, café, morado, con manchas, lisos y demás patrones (Figura 1). Todos estos cambios, y otros más que no vemos a simple vista, son resultado del proceso de selección que ha llevado a cabo el humano a través de miles de años. En el caso del frijol común, que pertenece a la especie Phaseolus vulgaris, el proceso de domesticación comenzó hace alrededor de 8,000 años.

     Pese a que en México hay decenas de especies de frijoles silvestres, sólo cinco fueron de las que el ser humano se apropió y domesticó: P. acutifolius, P. coccineus, P. dumosus, P. lunatus y P. vulgaris (Figura 1). Este número no es despreciable, ya que de las más de 250,000 de especies de plantas con flores que existen en el mundo, sólo unas 2,500 han sido aprovechadas por el ser humano, y de éstas, apenas unas 250 se consideran completamente domesticadas. Cada una de estas cinco especies domesticadas de frijoles puede tener variedades con semillas de distintos colores, tamaños y formas, y estar adaptadas a ambientes diferentes. Sin embargo, la especie P. vulgaris es la más conocida y consumida. En las tablas 1 y 2 se muestran usos y nombres comunes de las cinco especies domesticadas de frijoles.

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    En el campo de México, es frecuente observar a las formas cultivadas coexistiendo con sus parientes silvestres, e incluso pueden llegar a cruzarse. En algunos lugares los frijoles de monte también son aprovechados, ocupando las hojas como forraje para el ganado, o consumiendo las vainas y semillas en épocas de hambruna (aunque hacerlo es riesgoso porque pueden ser tóxicas y se requiere de una cocción cuidadosa).

    Las especies domesticadas de mayor importancia económica han sido modelos de estudio en distintas áreas del conocimiento, incluyendo en el campo de la genética, que trata de elucidar cómo los seres vivos guardamos y transmitimos información contenida en nuestro ADN. Al conjunto de todo el material genético que contiene una célula se le conoce como genoma, y el estudio integral de éste es la genómica. A través de obtener información contenida en el genoma de las especies cultivadas es posible identificar cuáles genes han sido modificados por el humano a lo largo del proceso de domesticación. Estos genes son los que han producido las diferencias que podemos observar entre las formas silvestres y domesticadas.

     De las cinco especies de frijoles domesticados, la que ha sido ampliamente estudiada es la del frijol común (P. vulgaris), cuyo genoma fue totalmente secuenciado en el 2014. Se estima que alrededor de 12% de su genoma ha sido afectado de una forma u otra por la domesticación. Dentro de este porcentaje se han identificado genes que producen plantas de mayor tamaño, semillas más grandes y pesadas, resistencia a patógenos, e incluso se ha determinado cuáles genes son responsables de evitar que las vainas se abran, impidiendo que las semillas se dispersen, lo que facilita que el agricultor coseche en el momento que considere adecuado.

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     El conocer los genes relacionados con los cambios que ha producido la domesticación es importante por varias razones. Por ejemplo, nos ayuda a seleccionar directamente a los individuos que contienen en su ADN la información de las características deseables, lo que da mayor certeza al escoger qué individuos cruzar para que su descendencia presente los atributos que queremos. Antes sólo podíamos seleccionar a partir de la apariencia de los individuos adultos, lo que hacía el proceso de selección más difícil y tomaba más tiempo. Además, algunas veces los parientes silvestres o variedades de distintas regiones poseen características que son favorables para los cultivos, como la resistencia a plagas o a sequía. Identificando esos genes es posible transferir estas ventajas dentro de una especie, utilizando métodos tradicionales (sin recurrir a transgénicos, que pueden ser controversiales). Lo anterior evidencia la importancia de conocer y conservar la diversidad de variedades que existen en las distintas regiones de nuestro país, así como la de sus parientes silvestres.

     Por otro lado, cuando conocemos la información que hay en el genoma, también se vuelve posible elucidar la compleja historia de la domesticación. Por ejemplo, el frijol común se consume desde hace miles de años tanto en Mesoamérica como en Sudamérica, específicamente en la región Andina, y una de las incógnitas más interesantes era si este frijol había sido domesticado en México y posteriormente llevado a Sudamérica, o si había sido domesticado de forma independiente en ambos lugares. Con ayuda de las herramientas genómicas, se confirmó que el frijol común fue domesticado de forma independiente y paralela en estas regiones, lo cual es inusual en las especies domesticadas; y no sólo eso, además se pudo determinar que las poblaciones de frijoles silvestres se separaron hace unos 165,000 años, mucho antes de su domesticación. ¿Se habrán modificado exactamente los mismos genes en los dos eventos de domesticación? En Mesoamérica, 1,835 genes de P. vulgaris fueron afectados por la domesticación, y 748 genes en la región andina, pero únicamente 59 de éstos son compartidos. Lo anterior es un resultado evolutivamente muy interesante, ya que indica que a través de modificar distintos genes se puede llegar a resultados similares, como incrementar el tamaño y alterar el color de las semillas, o evitar que las vainas se abran (Figura 2).

04Fig02Figura 2. Variedades domesticadas de frijol común de Mesoamérica y Sudamérica. Fotografías: UCDAVIS Plant Sciences (http://www.plantsciences.ucdavis.edu/gepts/geptslab.htm).

     Después del descubrimiento de América, se estableció un flujo de productos entre distintas partes del mundo, y entre las especies que fueron llevadas a Europa están los frijoles. Tan sólo un siglo después de su introducción, ya habían logrado gran popularidad y cobraron tal importancia que surgieron nuevas variedades y en algunas regiones desplazaron a las habas y a alubias provenientes de África. Existe evidencia de que las poblaciones de frijoles que se cultivan en Europa ya se han diferenciado de los frijoles americanos, y actualmente se están estudiando las disimilitudes entre los genomas de los frijoles del Nuevo y del Viejo Mundo para averiguar cómo se han adaptado a las nuevas condiciones y cómo ha continuado la domesticación del otro lado del océano Atlántico.

     A diferencia del frijol común (P. vulgaris), las otras cuatro especies domesticadas no han recibido tanta atención. La segunda especie de mayor importancia económica y más estudiada es P. lunatus, pero existe gran disparidad en el cúmulo de información disponible entre P. vulgaris y P. lunatus.

     Actualmente, en el Instituto de Ecología, estamos realizando estudios genéticos de P. coccineus, conocido en la zona del centro de México como ayocote, con la finalidad de identificar genes que han sido modificados por la selección humana, y compararlos con genes ya estudiados en el frijol común. A diferencia de éste, el ayocote es capaz de crecer a grandes altitudes y bajas temperaturas, además de ser resistente a plagas a las que P. vulgaris es vulnerable. De encontrar qué sitios del genoma están relacionados con estas características, P. coccineus podría usarse para, mediante mejoramiento, generar nuevas variedades que posean estos atributos deseables.
Lamentablemente, el cultivo de otras especies de frijol distintas a P. vulgaris está disminuyendo en México, en parte, por el abandono de la agricultura, por la tendencia mundial a los monocultivos y a sembrar sólo unas cuantas variedades comerciales. Esto puede llevar a la pérdida de variedades que se han generado en nuestro país, las cuales han resultado de un proceso que ha llevado miles de años. Lo anterior evidencia que conocer y estudiar estos cultivos y sus parientes silvestres es una tarea urgente e importante.

     Es fundamental notar que la domesticación es un proceso continuo, ya que los agricultores siguen seleccionando y sembrando, año con año, las semillas con las características favorables o que más les gusten por su color, sabor, forma o valor cultural. Es indispensable que los científicos mexicanos estemos en continuo contacto y retroalimentación con los agricultores para poder brindar herramientas que se ajusten a sus necesidades e intereses particulares, así como integrar y registrar el conocimiento que poseen.

Para saber más:

  • Delgado SA. 1988. Variation, Taxonomy, Domestication and Germplasm Potentialities in Phaseolus Coccineus. En: Genetic Resources of Phaseolus Beans. Gepts P (ed.) Kluwer Academy Publisher: 441-463.
  • Delgado-Salinas A, Bibler R, Lavin M. 2006. Phylogeny of the Genus Phaseolus (Leguminosae): A Recent Diversification of an Ancient Landscape. Systematic Botany 31: 779-791.
  • Freytag GF, Debouck DG. 2002. Taxonomy, Distribution, and Ecology of the Genus Phaseolus (Leguminosae-Papilionoideae) in North America, Mexico and Central America. Sida, Botanical Miscellany 23, Botanical Research Institute of Texas, Fort Worth.
  • Schmutz J, McClean PE, Mamidi S, Wu GA, Cannon SB, Grimwood J, Jenkins J, Shu S, Song Q, Chavarro C, Torres-Torres M et al. 2014. A Reference Genome for Common Bean and Genome-wide Analysis of Dual Domestication. Nature genetics 46: 707-713.