En los últimos veinte años, los avances en secuenciación del genoma completo (la técnica utilizada para leer el genéticas código escrito en el ADN) han permitido a los investigadores arrojar nueva luz sobre la evolución de las plantas y los procesos biológicos específicos de las plantas. Un reciente artículo en perspectiva destacó que solo se han secuenciado 812 especies del medio millón de plantas verdes existentes. No obstante, la adopción de esta tecnología moderna ha aumentado 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 Ciencias: y Nature resultados publicados recientemente de proyectos de investigación que emplearon la genómica para descifrar la domesticación de la vid o para diseccionar 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.
Cultivando habas, una buena alternativa vegetal a la carne
En un escenario de cambio climático, producir proteína vegetal como alternativa a la proteína animal podría ser una buena estrategia para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en la agricultura (Figura 1 y XNUMX). En particular, las legumbres, a menudo denominadas "alimentos con potencial para importantes beneficios para la salud", pueden proporcionar la fuente más barata de proteína vegetal de alta calidad. Mientras haba de soja (Glycine max) – el frijol más importante de la familia Fabaceae – crece bien en condiciones cálidas, legumbres de estación fría (p. ej., guisantes, lentejas, garbanzos) se pueden cultivar en regiones templadas. Entre legumbres, haba (Vicia faba) se destaca por su alta adaptabilidad, productividad y valor nutricional.
A pesar de la larga tradición del cultivo de habas en el viejo mundo, los misterios sobre su origen de domesticación en la media luna fértil siguen sin resolverse ya que no se ha identificado ningún progenitor silvestre. Además, la falta de datos genéticos y de material genético ha dificultado los programas de mejoramiento destinados a reducir la producción de antinutrientes (por ejemplo, vicine, convicine) o equilibrar el contenido de aminoácidos esenciales.
Lecturas largas revelaron los secretos del genoma gigante de haba
La secuenciación del genoma de las habas se ha visto obstaculizada durante mucho tiempo por su enorme tamaño: 13 mil millones de nucleótidos (13 Giga kb) distribuidos en 6 cromosomas. Para tener una mejor idea de esta dimensión colosal, ¡todo el genoma humano tiene el mismo tamaño que el cromosoma más grande de las habas!
Recientemente, un equipo internacional de investigadores logró secuenciar el genoma diploide (2 copias de 6 cromosomas) de las habas mediante el empleo de una nueva tecnología llamada lecturas largas PacBio HiFi. Los autores eligieron como referencia una línea endogámica (Hedin/2) con características favorables, como alto potencial de rendimiento y hábito de maduración temprana. Curiosamente, esta línea muestra un alto nivel de homocigosidad (es decir, presencia de dos variantes idénticas de un gen, una de cada padre) gracias a un grado considerable de autofecundidad (o autopolinización), a pesar de ser una especie alógama (es decir, reproducción por fertilización cruzada de polen de otra planta de la misma especie).
Jayakodi y sus colaboradores descubrieron que el genoma gigante puede ser consecuencia de múltiples eventos, incluida la presencia de enormes regiones intergénicas, la expansión de elementos repetidos (como los transposones que representan el 80% del material genético) y la duplicación en tándem de varios genes. Los autores también combinaron la secuenciación del genoma y transcriptomas (todos los ARN mensajeros transcritos de los genes correspondientes) de 9 tejidos para mejorar la anotación de 35000 genes codificadores de proteínas. Como curiosidad, la distribución de genes a través de los cromosomas es similar en habas y especies filogenéticamente cercanas. pisum sativum (Figura 2 y XNUMX), a pesar de la gran diferencia en el tamaño de su genoma.
Agrogenómica 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 aportan ejemplos prácticos de aplicación realizando Estudios de asociación del genoma completo para características importantes de la semilla. Específicamente, la información genómica se usó para establecer ensayos de genotipado para explorar la variación en un panel de diversidad de accesiones cultivadas e identificar qué variantes genéticas causan los rasgos deseables. Los datos genómicos de las habas se pueden explotar aún más para una rápida introgresión de características beneficiosas, como un contenido reducido de compuestos tóxicos (p. ej., glucósidos alcaloides), mayor biodisponibilidad de proteínas o acumulación modulada de fitatos en las semillas.
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