Una enciclopedia de genes de olivo para luchar contra los efectos del cambio climático

El olivo es un cultivo de gran importancia social y económica en los países de la cuenca del Mediterráneo, ya que el aceite de oliva es la principal fuente de grasas de nuestra dieta y tiene numerosos beneficios para nuestra salud. Además, algunas variedades de olivo destacan por la calidad de sus frutos para el consumo como aceitunas de mesa, y otras partes de esta planta son de utilidad para el uso humano, como su madera para leña o sus semillas, que han demostrado tener un gran potencial como fuente de aceite comestible, nutracéuticos y proteínas o harinas para complementos alimenticios.

Actualmente, la mayoría de las aceitunas del mundo se cultivan en los países mediterráneos, siendo España, Italia y Grecia los principales productores de aceite de oliva. Sin embargo, este cultivo se está expandiendo y aumentando su producción en otras regiones como Estados Unidos, China, Australia y Sudamérica. A día de hoy, su cultivo ocupa más de 11 millones de hectáreas en todo el mundo, de las cuales el 98% se ubican en la cuenca mediterránea y el 21% de ellas en España, donde el olivo es un cultivo estratégico para la industria agroalimentaria. 

Se cree que la domesticación del olivo se produjo hace al menos 7.000 años en Oriente Medio a partir de progenitores del olivo silvestre y que las migraciones humanas lo extendieron hacia las regiones occidentales del Mediterráneo. Los olivos han sido utilizados por los humanos desde hace al menos 19.000 años, ya que se ha descrito el uso del acebuche en diferentes puntos de la cuenca mediterránea durante el Neolítico. Se estima que existen más de 2.000 variedades de olivo en todo el mundo, que se propagan clonalmente mediante esquejes o injertos. 

Se cree que la domesticación del olivo se produjo hace al menos 7.000 años en Oriente Medio a partir de progenitores del olivo silvestre y que las migraciones humanas lo extendieron hacia las regiones occidentales del Mediterráneo

Desde 2016 hasta el día de hoy se han secuenciado los genomas de diferentes variedades de olivo, lo que nos está permitiendo estudiar su genética para poder conocerlos mejor, de modo que podamos estar preparados para los desafíos del cambio climático y se puedan seleccionar variedades con diferentes propiedades, tanto que contribuyan a la buena calidad del fruto como a la resistencia a condiciones ambientales o enfermedades. 

Hay que tener en cuenta que todos los organismos vivos tienen genes, las plantas, los animales, los hongos, las bacterias, incluso los virus. De un modo simplificado, nuestros genes contienen la información para generar todas las proteínas que forman nuestros tejidos y órganos, y a su vez estas proteínas pueden crear muchos otros compuestos que necesitamos. Sin embargo, cada gen aumenta o disminuye su expresión, es decir se activa o inactiva, en diferentes condiciones o tejidos. Pues, por ejemplo, no necesitamos las mismas proteínas en las corneas de los ojos que en las papilas gustativas de la lengua o en el páncreas. Del mismo modo que un olivo o cualquier otra planta activa diferentes genes en las hojas, que captan la energía de la luz solar, las raíces, que toman agua y nutrientes, o en las flores que producirán los frutos. Además, hay genes que se expresan todo el tiempo y genes que solo se expresan cuando son necesarios en condiciones o tejidos específicos. Por ejemplo, muchos genes se han seleccionado en la evolución para defendernos de enfermedades y se activan solo cuando el organismo detecta que está siendo atacado o, en el caso de las plantas, que no se pueden mover, para defenderse también de la sequía, el frío o el calor. Por eso, para conocer qué genes son responsables de que diferentes variedades de olivo sean más resistentes a la sequía o a una enfermedad, es importante saber cuándo y dónde (en que tejidos de la planta) se expresan esos genes.

Para saber en qué condiciones y tejidos se expresan los genes de olivo y facilitar que la comunidad científica que trabaja en olivo pueda acceder a esta información, hemos creado OliveAtlas, un atlas de expresión de olivo. Esta herramienta consiste en un portal web con programas informáticos interactivos que permiten visualizar y comparar numerosos genes de olivo en múltiples condiciones experimentales. OliveAtlas (https://www.oliveatlas.uma.es/) ha sido desarrollado en el Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea “La Mayora” (UMA-CSIC) en Málaga, en colaboración con la Universidad de Jaén, y la Estación Experimental del Zaidín (CSIC), en Granada. Los datos de expresión de los genes se complementan además con la información que se conoce sobre los genes de olivo, disponible en OliveTreeDB, otro portal web que creamos en 2020, que incluye el genoma del olivo de la variedad Picual. 

OliveAtlas permite consultar que genes de olivo se expresan en 70 experimentos diferentes repartidos en 10 sets de datos, incluyendo los tejidos principales de la planta: hojas (que realizan la fotosíntesis para obtener energía e incorporar materia orgánica en forma de carbono del CO2), tallo, meristemo (responsable del crecimiento de las ramas), raíces (que toma agua y nutrientes del suelo), polen (necesario para polinizar las flores para que puedan producir las aceitunas), flores (cada una dará lugar a una aceituna si es fecundada), fruto (aceituna), semilla (hueso de la aceituna) y su embrión (con la capacidad de generar un nuevo olivo).  

Otros experimentos incluidos en nuestra enciclopedia de genes nos permiten estudiar en detalle la germinación del polen. Este proceso es de gran importancia porque es responsable de numerosas respuestas alérgicas de la población y además, es imprescindible para que las flores puedan fecundarse y produzcan aceitunas. Cualquier defecto de la germinación del polen debido a factores ambientales o a la propia genética del olivo, afectará drásticamente a la producción de los frutos. 

Hay que tener en cuenta que las variedades de olivo que conocemos (picual, arbequina, hojiblanca, manzanilla...) no solo se eligen por la calidad de su aceituna para producir aceite o aceitunas de mesa, sino por su capacidad de producción y resistencia

Además, disponemos de datos para conocer la respuesta del olivo a condiciones estresantes como el frío, heridas e infección con Verticillium dahliae, un hongo de suelo que infecta al olivo a través de sus raíces, afectando a su sistema vascular y llegando a secar sus ramas, e incluso el árbol completo. “La seca” o verticilosis causada por este hongo es la enfermedad que más afecta a los olivos en el mundo, reduciendo significativamente su producción. Debido a su importancia, OliveAtlas incluye experimentos de plantas infectadas con este hongo, y datos de raíces de 36 variedades de olivo con diferente resistencia a Verticillium.  

Hay que tener en cuenta que las variedades de olivo que conocemos, como picual, arbequina, hojiblanca, manzanilla, verdial, etc. no solo se eligen por la calidad de sus aceitunas para producir aceite de oliva o aceitunas de mesa, sino también por su capacidad de producción y resistencia. Picual es la variedad más cultivada en España y en el mundo y la que mayor cantidad de aceite de oliva produce cada año, pero otras como Arbequina son además interesantes porque es posible plantarlas en alta densidad para facilitar la automatización de la recogida de las aceitunas e intensificar su producción ocupando menos superficie. De igual modo, otras variedades son interesantes por ser más resistentes a diferentes estreses como la sequía, el frío, altas temperaturas, salinidad, etc.

Lo que cada día afecta a más cultivos debido al cambio climático y puede reducir drásticamente la producción de aceite de oliva a nivel mundial, como está ocurriendo con los episodios recientes de sequía. Por esto, los grupos de investigación de las universidades e institutos anteriormente mencionados, estamos trabajando para generar una vasta enciclopedia de genes para comprender mejor las defensas de los olivos frente a la sequía, salinidad y altas temperaturas. Para ello, estamos generando decenas de experimentos que representarán numerosas variedades de olivo y se recogerán en OliveAtlas, haciéndolos accesible a la comunidad científica mundial y permitiendo en el futuro análisis pioneros con inteligencia artificial.