Avena

El análisis filogenético mediante ADN molecular y evidencia morfológica sitúa al género de avena Avena en la subfamilia Pooideae . Esta subfamilia incluye los cereales trigo , cebada y centeno ; pertenecen a la tribu Triticeae , mientras que Avena pertenece a la Poeae , junto con gramíneas como Briza y Agrostis . ^{[ 5 ]} El ancestro silvestre de Avena sativa y del cultivo menor estrechamente relacionado, A. byzantina , es A. sterilis , una avena silvestre hexaploide natural , cuyo ADN se encuentra en seis conjuntos de cromosomas . La evidencia genética muestra que las formas ancestrales de A. sterilis crecieron en el Creciente Fértil del Cercano Oriente. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

El análisis de los linajes maternos de 25 especies de Avena utilizando ADN cloroplástico y mitocondrial mostró que el genoma hexaploide de A. sativa deriva de tres especies de avena diploide (cada una con dos conjuntos de cromosomas); los conjuntos se denominan A, B, C y D. Las especies diploides son CC A. ventricosa , AA A. canariensis y AA A. longiglumis , junto con dos avenas tetraploides (cada una con cuatro conjuntos), a saber, AACC A. insularis y AABB A. agadiriana . Los tetraploides se formaron hace hasta 10,6 millones de años , y los hexaploides hace hasta 7,4 millones de años. ^{[ 8 ]} Los cruces entre especies tetraploides o hexaploides son completamente fértiles, pero las especies diploides varían en cómo se cruzan. Los cruces entre especies con diferente ploidía pueden ser estériles o parcialmente fértiles. ^{[ 2 ]}

Un estudio genómico sugiere que la variedad con cáscara y la variedad desnuda A. sativa var. nuda divergieron hace unos 51.200 años, mucho antes de la domesticación . Esto implica que las dos variedades fueron domesticadas de forma independiente. ^{[ 9 ]}

Se cree que la avena surgió como un cultivo secundario . Esto significa que deriva de lo que se consideraba una maleza de los cereales domesticados primarios, como el trigo. Sobrevivió como un mimetismo vaviloviano al tener granos que a los neolíticos les resultaba difícil distinguir del cultivo primario. ^{[ 7 ] [ 10 ] [ 11 ]}

La avena se cultivó durante miles de años antes de ser domesticada. Un granero del Neolítico Precerámico , de entre 11.400 y 11.200 años atrás, hallado en el valle del Jordán , en Oriente Medio, contenía una gran cantidad de granos de avena silvestre (120.000 semillas de A. sterilis ). Este hallazgo sugiere un cultivo intencional . Los primeros granos de avena domesticada aparecen en el registro arqueológico europeo hace unos 3000 años. ^{[ 7 ] [ 9 ] [ 12 ]}

La dispersión de las semillas de avena se facilita mediante dos aristas que forman parte de cada espiga. Tras caer al suelo, estas estructuras largas y delgadas se retuercen al secarse al sol y al humedecerse con el rocío y la lluvia. Como resultado, las semillas se desplazan por el suelo hasta caer en huecos, plantándose prácticamente por sí solas. ^{[ 13 ]} La domesticación ha favorecido la pérdida de las aristas, dado que ahora las semillas son plantadas por humanos, y el desarrollo de semillas de mayor tamaño. ^{[ 14 ]}

La avena es una planta anual que se cultiva mejor en regiones templadas . ^{[ 3 ]} Tolera los inviernos fríos peor que el trigo, el centeno o la cebada; se ve perjudicada por el frío prolongado por debajo de −7 °C (20 °F) . ^{[ 15 ]} Tiene un requerimiento de calor estival menor y una mayor tolerancia (y necesidad) de lluvia que los otros cereales mencionados, por lo que es particularmente importante en áreas con veranos frescos y húmedos, como el noroeste de Europa . ^{[ 3 ] [ 16 ]}  

La avena puede crecer en la mayoría de los suelos fértiles y drenados, ya que tolera una amplia variedad de tipos de suelo. Aunque se obtienen mejores rendimientos con un pH del suelo de 5,3 a 5,7, la avena puede tolerar suelos con un pH tan bajo como 4,5. Crece mejor en suelos con pocos nutrientes que el trigo o el maíz, pero generalmente tolera menos la alta salinidad del suelo que otros cereales. ^{[ 17 ]} En los EE. UU., los cultivos del Medio Oeste se siembran en primavera y los del Sur en otoño. En el Cinturón del Maíz , la avena se cultiva en rotación de cultivos después del maíz, la soja y los forrajes . La avena madura se cosecha con una cosechadora , ya sea directamente o después de secarla en hileras , ya que su humedad no debe exceder el 13 % para poder almacenarla de forma segura. La paja se mezcla con humus o se usa como cama para el ganado . ^{[ 2 ]} Tradicionalmente, los agricultores estadounidenses cultivaban avena junto con trébol rojo y alfalfa , que fijaban nitrógeno y proporcionaban forraje para los animales. La cosecha del primer año produjo grano de avena, pero en los años siguientes se cultivó heno . Con un menor uso de caballos y un mayor uso de fertilizantes, el crecimiento de estos cultivos disminuyó en Estados Unidos. Por ejemplo, el estado de Iowa lideró la producción de avena en Estados Unidos hasta 1989, pero en gran medida cambió al cultivo de maíz y soja. ^{[ 18 ]}

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  Cosecha en el municipio de Jølster , Noruega, c. 1890 .
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  Cosecha de avena en Brastad , Suecia, 2021

La avena puede competir con muchas malas hierbas, ya que crece densamente (con muchos brotes frondosos) y con vigor, pero aún así es susceptible a algunas malas hierbas de hoja ancha . El control puede realizarse mediante herbicidas o mediante el manejo integrado de plagas con medidas como la siembra de semillas libres de malas hierbas. ^{[ 19 ]}

La avena es relativamente resistente a las enfermedades. Sin embargo, sufre algunas enfermedades foliares, como la roya del tallo ( Puccinia graminis f. sp. avenae ) y la roya de la corona ( P. coronata var. avenae ). ^{[ 20 ]} La infección por roya de la corona puede reducir considerablemente la fotosíntesis y las actividades fisiológicas generales de las hojas de avena, lo que disminuye el crecimiento y el rendimiento del cultivo. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

Tanto la roya de la corona como la roya del tallo han dado lugar a razas que atacan a diferentes variedades de avena. Cuando se desarrollan variedades de avena resistentes, tienden a surgir nuevas razas de la enfermedad. ^{[ 2 ]}

La avena cosechada pasa por varias etapas de molienda. La primera etapa es la limpieza, para eliminar semillas de otras plantas, piedras y cualquier otro material extraño. A continuación, se realiza el descascarillado para eliminar el salvado indigerible, dejando la semilla o " grano ". El calentamiento desnaturaliza las enzimas de la semilla que la harían agria o ranciarse; luego, el grano se seca para minimizar el riesgo de deterioro por bacterias y hongos. Pueden seguir numerosas etapas de corte o molienda del grano, dependiendo del tipo de producto que se requiera. Para la harina de avena, el grano se muele hasta obtener una finura específica. Para uso doméstico, como la preparación de gachas , la avena a menudo se aplana para que se cocine más rápido. ^{[ 23 ]}

La harina de avena se puede moler para uso a pequeña escala mediante el procesamiento de avena en copos o avena tradicional (no instantánea) en un procesador de alimentos o molinillo de especias. ^{[ 24 ]}

Avena sativa es una especie alohexaploide con tres genomas ancestrales (2 n =6 x =42; AACCDD). ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} Como resultado, el genoma es grande (12,6 Gb, 1C-valor=12,85) y complejo. ^{[ 29 ] [ 30 ]} La avena hexaploide cultivada tiene una arquitectura cromosómica mosaico única que es el resultado de numerosas translocaciones entre los tres subgenomas. ^{[ 26 ] [ 31 ]} Estas translocaciones pueden causar barreras de mejoramiento e incompatibilidades al cruzar variedades con diferente arquitectura cromosómica. Por lo tanto, el mejoramiento de la avena y el cruce de rasgos deseados se han visto obstaculizados por la falta de un ensamblaje de genoma de referencia. En mayo de 2022, se informó una secuencia de genoma de referencia completamente anotada de Avena sativa . ^{[ 26 ]} Se presume que el subgenoma AA deriva de Avena longiglumis y el CCDD de la Avena insularis tetraploide . ^{[ 26 ]}

El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos supervisa la colección mundial de avena, un conjunto de 14.000 líneas genéticas de especies con 42 cromosomas. Estas se utilizan para el mejoramiento genético de nuevas especies, cultivos existentes de mayor calidad y resistencia al acame y a las enfermedades. ^{[ 2 ]}

Las especies de Avena pueden hibridar , y los genes introgresados ​​(introducidos) de otras especies con genoma "A" han aportado muchos rasgos valiosos, como la resistencia a la roya de la corona de la avena . ^{[ 32 ] [ 33 ]}Pc98 es uno de esos rasgos, introgresado de A. sterilis CAV 1979, que confiere resistencia en todas las etapas (ASR) contra Pca . ^{[ 34 ]}

Es posible hibridar la avena con gramíneas de otros géneros, lo que permite a los fitomejoradores la fácil introgresión de rasgos. A diferencia del trigo, la avena a veces retiene cromosomas del maíz o del mijo perla después de dichos cruces. Estos cruces interespecíficos se realizan típicamente para generar material de mejoramiento haploide duplicado ; la rápida pérdida de los cromosomas extraños del donante de polen no emparentado da como resultado una planta con un solo conjunto de cromosomas (un haploide ). ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

Las líneas de adición con cromosomas extraños pueden utilizarse como fuente de rasgos novedosos en la avena. Por ejemplo, la investigación con líneas de adición de avena y maíz se ha utilizado para mapear genes implicados en la fotosíntesis C4 . Para obtener la herencia mendeliana de estos rasgos novedosos, se han establecido líneas híbridas de radiación , en las que se han introgresado segmentos cromosómicos de maíz en el genoma de la avena. Esto potencialmente transfiere miles de genes de una especie distantemente relacionada, pero no se considera una técnica de OMG . ^{[ 38 ]}

Un estudio de 2013 aplicó repeticiones de secuencias simples y encontró cinco grupos principales, a saber, cultivares comerciales y cuatro grupos de variedades locales . ^{[ 39 ] [ 40 ]}

La avena cruda contiene un 66 % de carbohidratos , incluyendo un 11 % de fibra dietética y un 4 % de betaglucanos , un 7 % de grasa, un 17 % de proteína y un 8 % de agua (tabla). En una porción de referencia de 100 g (3.5 oz) , la avena proporciona 389 kilocalorías (1630 kJ ) y es una fuente rica (20 % o más del valor diario , VD) de proteína (34 % VD), fibra dietética (44 % VD), varias vitaminas del grupo B y numerosos minerales , especialmente manganeso (213 % VD) (tabla).   

Cuando se utiliza en alimentos, la avena se suele laminar o triturar para obtener copos de avena o molerla hasta obtener harina fina. Los copos de avena se consumen principalmente como gachas , pero también se pueden utilizar en una variedad de productos horneados, como tortas de avena (que pueden elaborarse con avena cortada gruesa para una textura más rústica), galletas de avena y pan de avena. La avena es un ingrediente de muchos cereales fríos, en particular muesli y granola ; la empresa Quaker Oats Company introdujo la avena instantánea en 1966. ^{[ 59 ]} La avena también se utiliza para producir sustitutos de la leche (" leche de avena "). ^{[ 60 ]} A finales de 2020,El mercado de la leche de avena se convirtió en el segundo más grande entre las leches vegetales en los Estados Unidos, después de la leche de almendras , pero superando las ventas de leche de soja . ^{[ 61 ]} Como pilar del oeste de Gales durante siglos, hasta los cambios en las prácticas agrícolas en la década de 1960, la avena se usaba en muchos platos tradicionales galeses , incluyendo el pan de algas , un desayuno galés , y los " berberechos y huevos" servidos con pan de avena. ^{[ 62 ]} Los fideos de avena se han consumido tradicionalmente en Shanxi , China . ^{[ 63 ]}

En Gran Bretaña, la avena se usa a veces para elaborar cerveza, como la stout de avena , donde se añade un porcentaje de avena, a menudo el 30%, a la cebada para el mosto . ^{[ 64 ]} El caudle de avena , hecho de cerveza y avena con especias, era una bebida tradicional británica y una de las favoritas de Oliver Cromwell . ^{[ 65 ] [ 66 ]}

Estados Unidos experimentó un aumento en el consumo de avena a finales de la década de 1980, después de que la empresa Quaker Oats comenzara a promocionar sus productos por sus supuestos beneficios para reducir el colesterol, basándose en un estudio de 1986. ^{[ 67 ]} Esta moda del salvado de avena duró hasta 1990, cuando estudios más recientes pusieron en duda los hallazgos anteriores. ^{[ 68 ]}

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  Tortitas de avena
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  Papilla
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  leche de avena
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  Cerveza negra de avena

La avena se usa comúnmente como alimento para caballos cuando se requieren carbohidratos adicionales y el consiguiente aumento de energía. La cáscara de avena se puede triturar (" laminar " o "arrugar") para facilitar su digestión, ^{[ 69 ]} o se puede administrar entera. Se puede dar sola o como parte de un pienso granulado. El ganado también se alimenta con avena, ya sea entera o molida en harina gruesa mediante un molino de rodillos , un molino de muelas o un molino de martillos . El forraje de avena se usa comúnmente para alimentar a todo tipo de rumiantes, como pasto, paja, heno o ensilado. ^{[ 70 ]}

La avena de invierno puede cultivarse como cobertura vegetal fuera de temporada y ararse en primavera como abono verde , o cosecharse a principios de verano. También puede utilizarse como pasto; puede pastorearse durante un tiempo y luego dejarse que espigue para la producción de grano, o pastorearse continuamente hasta que otros pastos estén listos. ^{[ 71 ]}

La paja de avena se usa como lecho para animales; absorbe mejor los líquidos que la paja de trigo. ^{[ 72 ]} La paja se puede usar para hacer muñecas de maíz , pequeñas figuras decorativas tejidas. ^{[ 73 ]} Atada en una bolsa de muselina, la paja de avena se ha usado para ablandar el agua del baño. ^{[ 74 ]}

En biotecnología, las proteínas derivadas de la avena, como los dominios LOV, se han utilizado como base para tecnologías que incluyen sensores cuánticos ^{[ 75 ]} y reporteros fluorescentes ^{[ 76 ]} .

El furfural , un producto químico utilizado para la fabricación de nailon , se obtiene de las cáscaras de avena. ^{[ 2 ]}