Desde la publicación del primer genoma vegetal en 2000, el campo de la secuenciación de próxima generación se aplicó a especies botánicas de organismos modelo (Arabidopsis thaliana) en los cultivos, convirtiéndose en una poderosa herramienta para orientar el progreso hacia una agricultura más sostenible.

En los últimos veinte años, los avances en la secuenciación del genoma completo (la técnica utilizada para leer el genéticamente código escrito en DNS) han permitido a los investigadores arrojar nueva luz sobre la evolución de las plantas y los procesos biológicos específicos de las plantas. Un artículo reciente de Perspective destacó que solo se han secuenciado 812 especies de medio millón de plantas verdes existentes. No obstante, la adopción de esta tecnología moderna ha ampliado enormemente nuestra comprensión del origen y la diversificación de la vida vegetal, o la base molecular de rasgos importantes de las plantas. Por ejemplo, las revistas científicas. Ciencia Y Naturaleza publicó recientemente los resultados de proyectos de investigación que utilizaron la genómica para desentrañar la domesticación de la vid o para analizar el control genético de las características de las semillas en una leguminosa importante. Para plantas de interés agronómico, la información sobre secuencias genómicas se puede utilizar en programas de mejoramiento de cultivos para obtener variedades cultivadas que sean más resistentes al estrés, requieran menos insumos para el crecimiento o tengan un mejor valor nutricional.

Cultiva habas, una buena alternativa vegetal a la carne

En un escenario de cambio climático, producir proteína de origen vegetal como alternativa a la proteína de origen animal podría ser una buena estrategia para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de la agricultura (ilustración 1). Las legumbres, en particular, a menudo denominadas “alimentos con el potencial de importantes beneficios para la salud”, pueden ser la fuente más barata de proteínas de origen vegetal de alta calidad. mientras que la soja (Glycine max) – el frijol más importante de la familia Paphiaceae – prospera bien en condiciones cálidas, las leguminosas frías (por ejemplo, guisantes, lentejas, garbanzos) se pueden cultivar en regiones templadas. Entre legumbres, haba (vicia faba) se caracteriza por una alta adaptabilidad, productividad y valor nutricional.

A pesar de la larga tradición del cultivo de habas en el Viejo Mundo, los misterios sobre el origen de la domesticación en el Creciente Fértil siguen sin resolverse, ya que no se ha identificado ningún progenitor silvestre. Además, la falta de datos genéticos y material genético ha dificultado los planes de mejoramiento destinados a reducir la producción de antinutrientes (por ejemplo, vicina, convicina) o equilibrar los niveles de aminoácidos esenciales.

Largas lecturas revelaron los misterios del genoma gigante de las habas

La secuenciación del genoma del frijol se ha visto obstaculizada durante mucho tiempo por su enorme tamaño: 13 mil millones de nucleótidos (13 giga kb) repartidos en 6 cromosomas. Para visualizar mejor esta dimensión colosal, ¡todo el genoma humano tiene el mismo tamaño que el cromosoma más grande de la haba!

Recientemente, un equipo internacional de investigadores logró secuenciar el genoma diploide de habas (2 copias de 6 cromosomas) utilizando una nueva tecnología llamada PacBio HiFi Long Reads. Como referencia, los autores eligieron una línea pura (Hedin/2) con características favorables, p. B. Alto potencial de rendimiento y madurez temprana. Curiosamente, a pesar de ser una especie alógama (es decir, que se reproduce por polinización cruzada de polen de otra planta de la misma especie).

Jayakodi y sus colaboradores descubrieron que el genoma gigante puede ser una secuencia de múltiples eventos, incluida la presencia de vastas regiones intergénicas, la expansión de elementos repetidos (como los transposones, que constituyen el 80 % del material genético) y la duplicación en tándem de múltiples genes. Los autores también combinaron la secuenciación del genoma y del transcriptoma (todos los ARN mensajeros transcritos de los genes correspondientes) de 9 tejidos para mejorar la anotación de 35 000 genes que codifican proteínas. Curiosamente, la distribución de genes a través de los cromosomas es similar en habas y especies filogenéticamente cercanas. Pisum sativum (Figura 2), a pesar de la gran diferencia en el tamaño de su genoma.

Genómica agrícola para mejoradores y genetistas: una amplia gama de aplicaciones

Pero, ¿qué pueden hacer los biólogos moleculares y los criadores con conjuntos de datos genómicos? Como prueba de concepto, los autores proporcionan ejemplos de aplicaciones prácticas mediante la realización de estudios de asociación de todo el genoma para rasgos clave de semillas. En particular, la información genómica se utilizó para establecer ensayos de genotipado para examinar variaciones en un panel de diversidad de accesiones cultivadas e identificar qué variantes genéticas causan los rasgos deseados. Los datos genómicos de habas se pueden utilizar más para la rápida introgresión de características beneficiosas, como niveles reducidos de compuestos tóxicos (p. ej., glucósidos alcaloides), mayor biodisponibilidad de proteínas o acumulación modulada de fitatos en las semillas.

Literatura sugerida

Hitos de la secuenciación del genoma (nature.com)

Representando y participando en 20 años de secuenciación del genoma vegetal | plantas de la naturaleza

Descolonización de la genómica botánica | plantas de la naturaleza

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