El retrocruce en la mejora del cannabis – elección de progenitores, arrastre por ligamiento y límites del método

Llevar un rasgo de una línea ajena a una variedad ya existente sin perder la variedad: para eso existe el método, y el cálculo que lo sostiene es sencillo. Las dos condiciones bajo las que ese cálculo se cumple no aparecen en la mayoría de las guías, y en el cannabis precisamente la segunda falta a menudo.

Lo que promete el cálculo

Con cada retrocruce hacia el mismo progenitor, la proporción del genoma donante se reduce a la mitad. Sin ninguna selección, el valor esperado del progenitor recurrente es del 75,0 % tras la primera ronda, del 87,5 tras la segunda, del 93,8 tras la tercera, del 96,9 tras la cuarta y del 98,4 % tras la quinta. Por eso, para transferir un único gen dominante con el método clásico hacen falta cinco o más generaciones si se quiere recuperar el 99 % del genoma de partida.

Con marcadores en el fondo genético, esa cifra puede bajar. Quien en cada generación no solo comprueba el gen objetivo, sino también cuánto genoma donante lleva además cada planta, se arregla con tres generaciones en lugar de seis. Esa es la ganancia real del retrocruce asistido por marcadores, y es una ganancia de tiempo, no de calidad.

En el uso alemán, el método se llama Verdrängungszüchtung, mejora por desplazamiento. Tiene su lugar allí donde un rasgo monogénico, como la resistencia de una variedad local, debe unirse al conjunto de rasgos de una variedad productiva pero sensible.

Las dos condiciones que rara vez se mencionan

En primer lugar, el progenitor recurrente debería ser él mismo una línea homocigota. Si no lo es, segrega también en cada ronda, y lo que vuelve no es la variedad, sino una muestra de ella. En el cannabis eso es la regla y no la excepción: una procedencia de polinización abierta lleva entre un 17 y un 35 % de loci heterocigotos. Un progenitor recurrente homocigoto tiene que crearse primero, mediante cruce entre hermanos o mediante autopolinización (selfing) inducida químicamente, y ambas vías cuestan generaciones antes de que empiece el primer retrocruce.

En segundo lugar, el rasgo transferido debería depender de uno o de pocos loci. Para un rasgo monogénico, la selección es inequívoca en cada ronda; en cuanto intervienen varios loci, la probabilidad de reunirlos todos en el mismo individuo baja con cada gen adicional. Por eso el retrocruce asistido por marcadores es más eficaz con uno o pocos genes objetivo y es la herramienta equivocada para un rasgo cuantitativo.

El arrastre por ligamiento

Lo que no desaparece con el resto es el entorno inmediato del gen objetivo. Como en cada ronda se selecciona por ese único alelo, el fragmento de genoma donante unido a él sobrevive a cada dilución: es el arrastre por ligamiento (linkage drag).

El tamaño que conserva ese fragmento no depende del número de generaciones, sino de la frecuencia con que se recombina en ese tramo. En una simulación con colza, el segmento arrastrado medía de media 15,9 millones de pares de bases tras el primer retrocruce y 5,4 millones tras el segundo; tras tres rondas con autopolinización posterior, el 98 % del genoma donante restante procedía justo de ese único segmento. En cambio, si el gen objetivo estaba en un tramo con mucha recombinación, el mismo fragmento se reducía a fracciones de una megabase.

Por qué pesa más en el cannabis

La estructura del genoma de esta especie trabaja en contra del método. En 78 genomas resueltos por haplotipos, el desequilibrio de ligamiento no cae a la mitad de su valor máximo hasta unas 10 kilobases, algo comparable a poblaciones de soja y arroz silvestres de cruzamiento abierto, y algunos pares de marcadores siguen ligados a lo largo de cientos de kilobases hasta el rango de las megabases.

A ello se suman las inversiones. De media, cada genoma lleva 86, con una longitud media de 304 kilobases, y las más largas alcanzan 25 megabases. En un tramo invertido apenas hay intercambio entre las dos versiones – lo que hay dentro se desplaza como un bloque. El caso más claro del material estudiado es una inversión de 19,5 megabases en el cromosoma 1 con unos 1.203 genes, entre ellos el regulador de floración PRR3, que se relaciona con la floración neutra al día. Quien introduce ese rasgo por cruce no desplaza un gen, sino un vecindario.

Además, en varias regiones del genoma del cannabis se ha observado una segregación distorsionada: los alelos de uno de los progenitores se transmiten con más frecuencia de lo que el cálculo deja esperar. Para un programa de retrocruce, eso significa que el fondo genético no vuelve igual de rápido en todas partes.

El caso medido: el locus del quimiotipo

La introgresión más conocida de este tipo afecta justo a este punto. Las líneas de cáñamo ricas en CBD, de las que procede entre otros el genoma de referencia CBDRx, surgieron al introducir por cruce el tramo de CBDAS en un fondo mayoritariamente de tipo droga. El objetivo era unir la alta genética de rendimiento de las líneas de tipo droga con un quimiotipo CBD.

El tramo del que se trata es un mal candidato para una separación limpia. Cada genoma haploide lleva como máximo una copia completa de THCAS o de CBDAS, inserta en casetes conservados de elementos transponibles de 70 a 80 kilobases, casi siempre junto con copias de pseudogenes de la misma familia. Estos casetes solo aparecen en unas pocas disposiciones fijas, no están en el mismo lugar entre los tipos de uso y están asociados a inversiones, aunque en conjunto se concentran en el cromosoma 7, en una zona de unas 1,5 megabases. El mapeo a partir del cruce de un tipo droga con una variedad de cáñamo no encontró ni un solo evento de recombinación en el bloque de CBDAS entre 99 descendientes.

En la práctica, eso significa que quien introduce el quimiotipo por cruce introduce también el casete, y la selección no puede descomponerlo. Que la segregación del quimiotipo siga aun así el modelo simple de un solo locus se debe a la misma causa y no indica que el rasgo tenga una construcción simple.

Lo que no mide el porcentaje

La proporción del genoma parental recuperado suele medirse con marcadores de nucleótido único, y en esta especie su heterocigosis está entre el 1 y el 2,5 %. Si se suman las variantes estructurales y los tramos que entre dos haplotipos ni siquiera pueden alinearse, de media el 20,6 % de la longitud del genoma es variable. Un fondo genético que según los marcadores parece recuperado al 98 % puede diferir justo en las zonas que ningún marcador cubre.

Un segundo caso límite afecta a la elección del donante. El índice de fijación entre el tipo droga y el cáñamo es de 0,20, un valor que por lo demás aparece entre especies. Un cruce a esa distancia no solo puede no aumentar el vigor, sino reducirlo. La pregunta de hasta dónde puede alejarse el donante del progenitor recurrente no es, por tanto, académica.