26 diciembre, 2010

Los chocolates también incentivan la genómica: Se secuencia el genoma del cacao

Todos sabemos que los chocolates se hacen a partir de las semillas del cacao (Theobroma cacao). Esta planta es endémica de las selvas de Sudamérica y fue domesticada hace unos 3,000 años, siendo la variedad “Criollo” con el que se hace los chocolates más finos del mundo.

Sin embargo, por ser “fino” es más sensible a las enfermedades y los parásitos, es por esta razón que muy pocos cultivan esta variedad, ya que los rendimientos de producción son bajos, y los únicos compradores son las chocolaterías más exclusivas; además el cacao fino sólo abarca el 5% del mercado total del cacao. Fue así que nació un cacao híbrido, el cual le permite tener un mayor vigor y resistencia. A esta variedad se le llama el “Trinitario” que, actualmente, es la variedad más cultivada. Aún así, de las más de 3.7 millones de toneladas de cacao producidos al año, se pierde ~30% a causa de los insectos y las enfermedades.

Conocer a fondo el genoma de esta especie, ayudará a mejorar la industria del cacao, se podrá superar los problemas que generan las plagas y enfermedades, aumentando el rendimiento y producción del cacao fino, y al final los consumidores serán los beneficiados al comer chocolates más ricos y menos costosos.

Fue así que el Consorcio Internacional del Secuenciamiento del Genoma del Cacao, liderados por el Dr. Xavier Argout secuenciaron el genoma del cacao más fino, la variedad “Belizean Criollo” (cacao de Belice), este por ser altamente homocigótico, lo cual facilita mucho un trabajo de secuenciamiento, ya que sólo tendrá una copia de cada gen. El primer borrador del genoma del cacao —al 76%— fue publicado hoy en la revista Nature Genetics.

De manera sencilla, el cacao es una planta diploide (2n), su genoma está dividido en 10 cromosomas (n=10) y mide ~430Mb. Usando poderosas técnicas de secuenciamiento se ha logrado una cobertura de 16.7X (o sea, se tienen 16.7 x 430Mb = 7.181Gb de información), con el cual se pudo ensamblar ~327Mb del genoma (~76%). El genoma del cacao presenta una gran cantidad de elementos transponibles (secuencias de ADN con la capacidad de “saltar” de un lugar a otro) que representa el 24% del genoma ensamblado, sin embargo, es relativamente bajo con respecto a otras plantas cultivables como el arroz (35%), la uva (41.4%) y ni hablar del maíz (85%).

Usando herramientas predictivas, el cacao posee aproximadamente 29,000 genes, con una longitud promedio de 3,346pb y 5.03 exones, que es el número de fragmentos de un gen que llega a expresarse. Comparado con el genoma de la planta modelo, Arabidopsis thaliana, posee un gran número de genes putativos, y comparándolo además con los genomas de la uva, soya y el álamo, el cacao posee ~2000 genes únicos (ver Figura). El cacao además posee gran cantidad de genes relacionados con procesos metabólicos y celulares. Esto podría explicar la gran cantidad de metabolitos secundarios que produce esta planta. También se encontraron 83 microARNs (pequeñas secuencias de ARN que regulan la expresión de determinados genes) y 91 sitios de unión de estos microARN.

cacao

En cuanto a genes de resistencia, se encontró representantes del tipo RPK y LRR que actúan protegiendo a la planta de enfermedades producidas por hongos y ascomicetos. También se encontró genes de resistencia NBS que permite hacer frente contra ciertos patógenos y representantes de la familia NPR que está involucrado con las señales de transducción de defensa de la planta.

Las semillas del cacao, una vez recolectadas, pasan por un proceso de fermentación, secado y transformado en pasta de cacao (amasando y descascarando las semillas), en mantequilla de cacao (almacenamiento en lípidos de las células cotiledonares del endospermo) o en polvo de cacao (desengrasando la masa que posee principalmente las paredes celulares y mezclándola con almidón, el endospermo de las semillas, y otros metabolitos derivados del cacao, para dar el aroma y el sabor). Así que las enzimas responsables de producir los metabolitos secundarios deben ser ubicados para mejorar la calidad del chocolate.

El genoma del cacao mostró una gran cantidad de enzimas involucradas con la síntesis de lípidos, flavonoides (que actúan como antioxidantes), proantocianinas  (buenos para el sistema cardiovascular humano, anticancerígeno y neuroprotector) y terpenoides (componente de resinas, aceites esenciales y aromas).

Bueno, este es un claro ejemplo que diversos campos de la industria pueden impulsar las investigaciones en genómica, no sólo las empresas agrícolas o farmacéuticas, también la textil, la alimenticia, la electrónica, etc. Este estudio permitirá mejorar la calidad de los derivados del cacao, aumentar los rendimientos de producción de la variedad más fina y reducir las pérdidas debido a enfermedades y plagas.

Referencia:

ResearchBlogging.orgArgout, X., Salse, J., Aury, J., Guiltinan, M., Droc, G., Gouzy, J., Allegre, M., Chaparro, C., Legavre, T., Maximova, S., Abrouk, M., Murat, F., Fouet, O., Poulain, J., Ruiz, M., Roguet, Y., Rodier-Goud, M., Barbosa-Neto, J., Sabot, F., Kudrna, D., Ammiraju, J., Schuster, S., Carlson, J., Sallet, E., Schiex, T., Dievart, A., Kramer, M., Gelley, L., Shi, Z., Bérard, A., Viot, C., Boccara, M., Risterucci, A., Guignon, V., Sabau, X., Axtell, M., Ma, Z., Zhang, Y., Brown, S., Bourge, M., Golser, W., Song, X., Clement, D., Rivallan, R., Tahi, M., Akaza, J., Pitollat, B., Gramacho, K., D'Hont, A., Brunel, D., Infante, D., Kebe, I., Costet, P., Wing, R., McCombie, W., Guiderdoni, E., Quetier, F., Panaud, O., Wincker, P., Bocs, S., & Lanaud, C. (2010). The genome of Theobroma cacao Nature Genetics DOI: 10.1038/ng.736

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