Un genoma de referencia mejorado favorece el cultivo de centeno y trigo
«La nueva secuencia de referencia supone un gran avance para la investigación y el fitomejoramiento del centeno».
Anuncios
El centeno no solo es un cultivo resistente y de alto rendimiento, sino que también cuenta con un valioso acervo genético para el fitomejoramiento del trigo. Un equipo internacional de investigación, dirigido por el Instituto Leibniz IPK, ha mejorado considerablemente las bases para la investigación y el fitomejoramiento mediante la publicación de una secuencia genómica de referencia de alta calidad. La secuencia representa, por primera vez, los centrómeros completos de los siete pares de cromosomas. Los centrómeros son importantes para la distribución correcta de la información genética durante la división celular. Los resultados del estudio se han publicado ahora en la revista especializada «Nature Communications».
El centeno comparte una estrecha y larga historia evolutiva con la cebada y el trigo. Sin embargo, su trayectoria como cultivo importante es considerablemente más breve. Mientras que la cebada y el trigo fueron «domesticados» hace 10 000 años en el llamado «Medio Lune Fértil» de Oriente Próximo, el centeno se extendió inicialmente como una mala hierba de los campos de cultivo. En este proceso, el centeno fue adquiriendo gradualmente algunas características de sus dos «hermanos y hermanas mayores», hasta que, hace entre 5.000 y 6.000 años, se convirtió también en un cultivo propio y pasó a ser el cereal panificable más importante en el norte de Europa durante la Edad Media.
Sin embargo, el extenso y complejo genoma del centeno plantea retos a la ciencia. Su genoma no solo es considerablemente mayor que el genoma humano, sino que está compuesto en casi un 90 % por secuencias de ADN repetitivas. Las secuencias de referencia anteriores, como la elaborada en 2021 en el IPK, supusieron avances muy útiles e importantes para la investigación y el fitomejoramiento. Sin embargo, estas seguían siendo incompletas y demasiado imprecisas. Presentaban lagunas, secciones mal alineadas, regiones colapsadas y, sobre todo, centrómeros representados de forma incompleta. Estos últimos son fundamentales durante la división celular para dotar a las células hijas resultantes de la misma información genética, de modo que puedan funcionar correctamente.
Para elaborar la secuencia de referencia ahora mejorada, el equipo de investigación utilizó las tecnologías de secuenciación más modernas disponibles en el IPK gracias a la financiación federal y regional. En una primera fase, se secuenciaron moléculas largas de ADN de la línea Lo7. Esta línea constituye un genotipo de referencia consolidado en la investigación sobre el centeno. Los fragmentos largos de secuenciación permiten abarcar de forma más eficaz aquellas zonas del genoma que resultan difíciles de descifrar. En el siguiente paso, los fragmentos de ADN se ordenaron correctamente en los siete cromosomas. A continuación, los investigadores verificaron la nueva secuencia de referencia mediante varios métodos independientes y pudieron confirmar la alta calidad de la secuencia genómica.
«La nueva secuencia de referencia supone un salto cualitativo para la investigación y el fitomejoramiento del centeno», explica el Dr. Erwang Chen, autor principal del estudio. «Es más completa que las versiones anteriores, corrige errores de ordenación anteriores y permite acceder a regiones de la información genética para su posterior análisis y aprovechamiento», afirma el investigador del IPK. «En estas regiones hay secciones idénticas que se repiten directamente, las cuales en versiones anteriores solo aparecían colapsadas y no podían resolverse correctamente». En este sentido, la composición correcta de los centrómeros supone un avance especialmente importante. «Hasta ahora, estas zonas resultaban especialmente difíciles de descifrar. Con la nueva secuencia, ahora podemos ver cómo están estructuradas estas zonas centrales de los cromosomas y qué elementos de ADN las caracterizan», explica el Dr. Erwang Chen. Además, el equipo de investigación del IPK ha podido demostrar que determinados elementos móviles del ADN, los denominados transposones, estaban activos en los centrómeros del centeno hasta hace poco tiempo. «Esto demuestra que los centrómeros pueden desarrollarse de forma diferente entre especies de cereales estrechamente emparentadas». Y es que los transposones dan lugar a variaciones y estas, a su vez, a funciones diferentes.
Los nuevos hallazgos sobre el brazo «corto» del cromosoma 1R del centeno, denominado 1RS, resultan especialmente interesantes para el fitomejoramiento. Este ya se ha transferido mediante cruces a varias variedades de trigo y mejora características como la resistencia a las enfermedades, la tolerancia al estrés y el rendimiento. Son especialmente conocidos los genes de resistencia contra hongos fitopatógenos, como la roya o el mildiú. El estudio muestra que los segmentos 1RS utilizados en el trigo son todos más o menos idénticos o, al menos, muy cercanos entre sí. Si se compara ahora este segmento en los distintos genotipos de centeno descifrados, se observa que esta región presenta una variabilidad mucho mayor en el centeno.
«Esto significa que la diversidad del centeno aún encierra un gran potencial sin explotar», subraya el Prof. Dr. Nils Stein, director del departamento «Genbank». «Gracias al nuevo nivel alcanzado en la secuenciación del genoma del centeno, ahora podemos dar el siguiente paso. En el marco del proyecto de investigación «RyeHub», financiado por el Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacial (BMFTR), ya hemos comenzado a descifrar numerosos genomas de centeno para crear lo que se conoce como el pangenoma del centeno. Esto sirve de base para el estudio sistemático de la diversidad genómica del centeno con fines de investigación y mejora genética». Los investigadores denominan «pangenoma» al conjunto de todos los genes o secuencias de ADN de una especie.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Publicación original
Anuncios
Más noticias del departamento ciencias
