El apetito humano ha transformado el tomate, su ADN y todo. Después de siglos de cultivo, lo que una vez fue una baya sudamericana del tamaño aproximado de un chícharo, ahora toma todo tipo de formas y tamaños, desde cerezas hasta frutos de reliquia.
Actualmente, los científicos están descubriendo cómo se muestran estos cambios físicos a nivel de genes. Las diferencias a gran escala entre genomas, conocidas colectivamente como variantes estructurales, son probablemente responsables de una amplia gama de características de las plantas, pero estos elementos han sido notoriamente difíciles de estudiar, dice Xingang Wang, investigador postdoctoral en el laboratorio de Lippman.
La nueva tecnología de secuenciación de ADN junto con la nueva y poderosa tecnología de edición del genoma ha hecho que las variantes estructurales sean más fáciles de detectar y estudiar cómo afectan los rasgos de los cultivos.
El equipo de Lippman, en colaboración con científicos de la Universidad Johns Hopkins, la Universidad de Georgia, el Instituto Boyce Thompson y otros, aprovechan la tecnología para comparar los genomas de 100 variedades diferentes de tomate, incluidas variedades robustas adecuadas para la agricultura industrial, reliquias suculentas y parientes silvestres de tomates cultivados. Dentro de esos genomas, el equipo identificó más de 230,000 variantes estructurales.
Su análisis, publicada en la revista Cell, es el análisis más completa hasta la fecha de la variación estructural del genoma para un cultivo importante, que alteran secciones largas de ADN, para cualquier planta.
La investigación se podrá aplicar para criar o diseñar plantas nuevas y más deseables con mayor eficiencia, dice Lippman. Un puñado de las mutaciones que su equipo identificó altera características clave, como el sabor y el peso.
Las mutaciones o cambios en los cuatro tipos de letras de ADN transportadas dentro de las células de un organismo pueden alterar sus características físicas. Los científicos que estudian plantas generalmente se han centrado en un tipo de mutación pequeño y manejable, en el que una letra de ADN se intercambia por otra.
sin embargo las mutaciones estudiadas por estos estudiosos son mucho más grandes: modifican la estructura del ADN copiando, eliminando, insertando o moviendo secciones largas de ADN a otras partes del genoma. Estas mutaciones, también llamadas variaciones estructurales, ocurren en toda la naturaleza vivo.
Los científicos pueden identificar mutaciones leyendo las letras del ADN utilizando una técnica conocida como secuenciación genética. los investigadores sospechan que estas mutaciones contribuyen significativamente a los rasgos de las plantas. El equipo de Lippman no solo encontró estas mutaciones en el tomate y sus parientes silvestres, sino que también determinó cómo funcionan dentro de las plantas.
Para comprender mejor el papel de las variantes estructurales en la diversidad, el equipo identificó más de 200,000 mutaciones estructurales en tomates usando la técnica CRISPR, herramienta de edición del genoma que puede realizar cambios específicos en el ADN. Para mostrar que la duplicación de un gen en particular hace que los tamaños del fruto del tomate sean más grandes.
Estudios anteriores habían identificado este gen llamado KLUH como relevante, que hacía que la planta sea más pequeña, pero resulta que había una variante llamada número de copia, donde si tiene copias adicionales de este gen KLUH, tiende a agrandar todas las células de las plantas, agranda las frutas. Así que creemos que esto tendrá un enorme impacto en la ciencia agrícola. Dice, Michael Schatz.
Investigando otra variante, rastrearon un gen que contribuye a un sabor ahumado en algunos tomates. Wang dice: “Al identificar el gen causal y las mutaciones causales de este sabor, en el futuro, los mejoradores pueden tener un objetivo más preciso para aumentar el sabor ahumado o tratar de eliminar el sabor ahumado”.
Este tipo de información podría ayudar a explicar la diversidad de rasgos en otros cultivos y permitir a los mejoradores mejorar las variedades, dice Lippman. Por ejemplo, quizás agregar una copia adicional del gen de tamaño a las cerezas molidas pequeñas, un pariente cercano del tomate, podría aumentar su atractivo al hacerlas más grandes.
Mayor información: Michael Alonge, Xingang Wang, Matthias Benoit, et al. «Major Impacts of Widespread Structural Variation on Gene Expression and Crop Improvement in Tomato». cell, Published: 17 June, 2020.
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