Hace miles de años, la gente en América del Sur comenzó a domesticar Solanum pimpinellifolium, una planta de malezas con frutos pequeños de sabor intenso. Con el tiempo, la planta evolucionó a S. lycopersicum, el tomate cultivado moderno.
por Aaron J. Bouchie, Boyce Thompson Institute
Aunque los tomates de hoy son más grandes y más fáciles de cultivar en comparación con sus ancestros silvestres, también son menos resistentes a las enfermedades y al estrés ambiental como la sequía y el suelo salado.
Investigadores del Instituto Boyce Thompson, dirigido por Zhangjun Fei, crearon un genoma de referencia de alta calidad para S. pimpinellifolium y descubrieron secciones del genoma que subyacen al sabor, tamaño y maduración de la fruta, tolerancia al estrés y resistencia a enfermedades. Los resultados se publicaron en Nature Communications el 16 de noviembre.
«Este genoma de referencia permitirá a los investigadores y a los fitomejoradores mejorar rasgos como la calidad de la fruta y la tolerancia al estrés en el tomate», dijo Fei, «por ejemplo, ayudándoles a descubrir nuevos genes en el tomate moderno y reintroduciendo genes de S. pimpinellifolium que se perdieron con el tiempo a medida que se domesticaba S. lycopersicum «.
Fei es miembro de la facultad de BTI y coautor correspondiente del artículo, así como profesor adjunto en la Escuela de Ciencia Integrativa de las Plantas (SIPS) de la Universidad de Cornell.
Aunque otros grupos habían secuenciado previamente S. pimpinellifolium, Fei dijo que este genoma de referencia es más completo y preciso, gracias en parte a las tecnologías de secuenciación de vanguardia que pueden leer fragmentos muy largos de ADN.
«Las tecnologías de secuenciación más antiguas que leen fragmentos cortos de ADN pueden identificar mutaciones en el nivel de una sola base», dijo Shan Wu, científico postdoctoral en el laboratorio de Fei y coautor correspondiente del artículo. «Pero no son buenos para encontrar variantes estructurales, como inserciones, deleciones, inversiones o duplicaciones de grandes trozos de ADN».
«Muchos rasgos conocidos del tomate son causados por variantes estructurales, por eso nos enfocamos en ellos», dijo Fei. «Las variantes estructurales también se estudian poco porque son más difíciles de identificar».
El grupo de Fei comparó su genoma de referencia de S. pimpinellifolium con el del tomate cultivado, llamado Heinz 1706, y encontró más de 92.000 variantes estructurales.
Luego, los investigadores peinaron el pangenoma del tomate, una base de datos con los genomas de más de 725 tomates silvestres cultivados y estrechamente relacionados, y descubrieron variantes estructurales relacionadas con muchos rasgos importantes. Por ejemplo, el tomate cultivado moderno tiene algunas deleciones genómicas que reducen sus niveles de licopeno, un pigmento rojo con valor nutricional, y una inserción que reduce su contenido de sacarosa.
Jim Giovannoni, miembro de la facultad de BTI y coautor del estudio, señala que muchos consumidores están decepcionados con la calidad y el sabor de los tomates de producción moderna porque los esfuerzos de mejoramiento pasados ignoraron esos rasgos en favor del rendimiento y el rendimiento.
«La identificación de la diversidad genética adicional capturada en el genoma de S. pimpinellifolium brinda a los criadores la oportunidad de devolver algunas de estas características importantes a los tomates comprados en las tiendas», dijo Giovannoni, quien también es profesor adjunto en SIPS y científico de EE. UU. Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura.
Los investigadores encontraron muchas otras variantes estructurales que podrían ser de interés para los fitomejoradores, incluidas variantes en numerosos genes de resistencia a enfermedades y en genes involucrados en el tamaño de la fruta, la maduración, la regulación hormonal, el metabolismo y el desarrollo de flores, semillas y hojas.
El grupo también encontró variantes estructurales asociadas con la regulación de la expresión de genes involucrados en la biosíntesis de lípidos en la piel de la fruta, lo que podría ayudar a mejorar el rendimiento poscosecha de la fruta.
«Se perdió tanta diversidad genética durante la domesticación del tomate», dijo Fei. «Estos datos podrían ayudar a recuperar parte de esa diversidad y dar como resultado tomates que saben mejor, son más nutritivos y más resistentes».
