17 octubre, 2012

Presentan borrador del genoma de la cebada

Su genoma es más largo que del hombre —5.1 Gb contra 3.2 Gb— pero más del 80% son secuencias repetidas.

Mapa fsico del genoma de la cebada

Cada vez que nos bebemos unas cervezas con los amigos nos acordamos de ella.

La cebada (Hordeum vulgare) es el cuarto cereal más cultivado del mundo y uno de los primeros en domesticarse hace más de 10.000 años en el Oriente Medio. El 75% de su producción es destinado a la alimentación animal, el 20% a la elaboración de bebidas alcohólicas y el 5% es destinado a la alimentación humana.

Este cultivo forma parte de la gran familia de las Poáceas, un grupo de plantas que incluye al trigo, el maíz, la avena, el arroz, el sorgo, entre otros. Pero, a diferencia del primero, éste se adapta mejor a las condiciones de estrés abiótico. Entonces, dada su importancia para la agricultura mundial, en el año 2006 se instauró el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma de la Cebada (IBSC, por sus siglas en inglés) con el objetivo de secuenciar y ubicar en un mapa cada uno de los genes que lo conforman, que permita acelerar el desarrollo de nuevas variedades mejoradas.

NOTA: La cebada es una planta diploide (2n), por lo cual presenta dos copias de cada cromosoma (2n=14). La secuenciación siempre se hace en base a un genoma haploide (n).
Durante los últimos seis años, el IBSC trabajó arduamente para completar la lectura de los más de 5100 millones de nucleótidos, divididos en siete cromosomas, que conforman su genoma. Usando equipos de secuenciación de última generación y potentes herramientas bioinformáticas, lograron ensamblar el 95% de todo el genoma, según reportaron hoy en Nature.

Tal vez en este punto de la lectura te estés preguntado ¿por qué es tan largo el genoma de la cebada?. La respuesta es que cerca del 85% de su genoma esta compuesto por secuencias repetidas, principalmente los retrotransposones del tipo LTR (Repeticiones Terminales Largas), presentes en toda la longitud de los cromosomas, con excepción de sus extremos donde son muy escasos [Ítem e de la figura inicial]. Es precisamente en estas regiones donde se concentra la mayor cantidad de genes —unos 13 por cada 1000 nucleótidos [Ítems b y d de la figura inicial].

Y ya que estamos hablando de genes, ¿cuántos posee la cebada?.

Para responder a esta pregunta, los investigadores secuenciaron el ARN —productos de expresión de los genes— presente en ocho etapas de desarrollo de la cebada. Luego compararon las secuencias obtenidas con las secuencias correspondientes otros genomas de referencia depositados en las bases de datos genéticas, logrando identificar más de 26.000 genes. Sin embargo, estiman que el número total podría ser de 30.400 ya que hay muchos genes que no han sido caracterizados anteriormente o que son únicos de la especie.

Entre los genes más representativos que fueron identificados tenemos a las (1,3)-β-glucano sintasa, una enzima involucrada en la interacción de la planta con los patógenos.

Otro interesante hallazgo fue que la cebada tiene una baja tasa de cruzamiento por ser una planta autógama estricta (menos del 2% de polinización cruzada), por lo que presenta muy poca diversidad genética en poblaciones que habitan la misma región.

Para determinar si la cebada presenta diversidad genética entre diferentes variedades, los investigadores secuenciaron los genomas de otros cuatro cultivares y de una especie silvestre (H. spontaneum) encontrando 15 millones de variantes nucleotídicas individuales (SNV), principalmente, en H. spontaneum. De todos los SNV identificados, unos 350 mil estaban asociados a exones (región de los genes que llegan a expresarse en proteínas), los cuales serán usados como marcadores genéticos para el mejoramiento del cultivo de cebada.

En resumen, este estudio provee una referencia esencial para los fitomejoradores de la cebada, así como también, para aquellos que trabajen con especies relacionadas, por ejemplo, el trigo (el tercer cereal más cultivado del mundo), cuyo genoma mide nada menos que 17 Gb (más de cinco veces superior al tamaño del genoma humano) y que además es hexaploide (6n), dificultando considerablemente su secuenciación y ensamblaje. En la actualidad, el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma del Trigo (IWGSC) viene trabajando en ello, y muy pronto tendremos un primer borrador.



Referencia:

ResearchBlogging.orgThe International Barley Genome Sequencing Consortium (2012). A physical, genetic and functional sequence assembly of the barley genome Nature DOI: 10.1038/nature11543

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