10 julio, 2011

Se secuencia el genoma de la papa

La papa (Solanum tuberosum), cuyo centro de origen son los Andes peruanos, es el cuarto cultivo alimenticio más importante del mundo, formando parte importante de la dieta básica humana. Sin embargo, a pesar de su importancia, no se contaba con la secuencia completa de su genoma. Fue así que en el año 2006, la Universidad y Centro de Investigación de Wageningen (Holanda) lideró la formación del Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma de la Papa (PGSC), contando con 29 grupos de trabajo de 14 países —entre ellos el Perú. Después de un poco más de cinco años, los resultados de su arduo trabajo aparecieron en un artículo publicado hoy en Nature.

potato

La papa es el cuarto cultivo alimenticio más importante del mundo —después de la soya, el arroz y el maíz— gracias a que es una buena fuente de azúcares (en forma de almidón), proteínas, antioxidantes y vitaminas, siendo considerado como parte fundamental de la dieta básica humana, especialmente en países en vías de desarrollo. Una de las ventajas de este cultivar es que puede crecer en una amplia gama de regiones geográficas permitiendo garantizar la seguridad alimentaria mundial. Sin embargo, no se puede aprovechar todo su potencial ni se pueden establecer estrategias de mejora productiva si no se conoce a fondo su estructura genética.

El principal problema que encontraron los miembros del PGSC fue la complejidad del genoma de la papa: la papa comercial es tetraploide, o sea cuenta con cuatro copias de cada uno de sus 12 cromosomas, los cuales presentan un alto grado de heterocigosidad. Esto quiere decir que diferencia de nosotros que contamos con dos alelos por cada gen los cuales pueden ser iguales (homocigotas) o diferentes (heterocigotas), la papa cuenta con cuatro y la gran mayoría diferentes entre sí.

Para superar este inconveniente, los investigadores del PGSC usaron una variedad de papa primitiva diploide a la que usando técnicas clásicas de cultivo de tejidos, le duplicaron el genoma volviéndola monocigótica para que de esta manera se facilite el trabajo de secuenciamiento. A esta variedad la llamaron DM y la usaron como patrón para ensamblar la secuencia del genoma de otra variedad de papa, también diploide pero mucho más parecida a las papas comerciales, a la que llamaron RH.

La papa cuenta con un genoma de 844Mb de largo (casi la tercera parte de lo que mide nuestro genoma) del cual lograron ensamblar el 86%. Aproximadamente el 60% del genoma de la papa esta compuesto por secuencias repetitivas, principalmente retrotransposones (~30%) —secuencias de ADN con la capacidad de copiarse e introducirse en otras regiones del genoma, a veces inactivando genes, otras veces generando mutaciones que aumentan la variabilidad genética. Estas regiones son bastante comunes en las plantas, por ejemplo, el 90% del genoma del trigo esta compuesta por secuencias repetitivas, de las cuales el 68% son retrotransposones.

potato-genome

En total, los investigadores predijeron la presencia de  unos 39,000 genes codificantes de proteínas (~3,300 específicos de las papas), de los cuales el ~25% presentan splicing alternativo (pueden generar más de una forma de proteína con la misma secuencia). Por otro lado, la gran mayoría de los genes (regiones en negro de la sección b de la figura) se encontraban en las regiones con menor densidad de secuencias repetitivas (regiones en azul de la sección c de la figura).

Los investigadores también presentaron evidencias de que al menos hubo dos eventos de duplicación genómica en la historia evolutiva de la papa. Por otro lado, al ser el genoma de la papa el primer genoma secuenciado del grupo de las astéridas —que junto con las rósidas son los dos clados más importantes de las eudicotiledóneas— se reveló la presencia de al menos unos 2,500 genes específicos de este gran grupo de plantas y al compararlo con el genoma de la uva, se observó que estos dos clados divergieron hace unos 89 millones de años.

Por otro lado, el genoma de la papa mostró una gran cantidad de diferencias nucleotídicas (SNPs), así como también otras potenciales mutaciones deletéreas, muchas de ellas homocigóticas, lo que indicaría que esta es la causa más probable de la depresión endogámica (pérdida del vigor) de la especie.

La papa, al igual que muchos cultivares, es muy susceptible al ataque de plagas y patógenos tales como la Phytophthora infestans, su principal agente infeccioso. Este patógeno arrasa con centenares de hectáreas de cultivos de papa en el mundo cada año y en 1840 fue el responsable de la hambruna Irlandesa. Así que uno de los resultados más importantes de este trabajo fue la identificación de al menos unos 800 genes asociados con la resistencia a enfermedades. Si se logran caracterizar bien estos genes, podrían ser aislados y usados para mejorar el rendimiento y productividad del cultivar.

El secuencia completa del genoma de la papa servirá como una plataforma para la mejora de este importante cultivar ya que se simplificará la forma de encontrar y desarrollar variedades capaces de resistir enfermedades y con mayores rendimientos productivos (tubérculos más grandes).


Referencia:

ResearchBlogging.orgThe Potato Genome Sequencing Consortium (2011). Genome sequence and analysis of the tuber crop potato Nature DOI: 10.1038/nature10158

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