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El estudio de las variantes estructurales en los genomas del cacao arroja pistas sobre la diversidad de las plantas

El estudio de las variantes estructurales en los genomas del cacao arroja pistas sobre la diversidad de las plantas
Los genomas de diferentes poblaciones de árboles de cacao como estos son 99,9% idénticos, pero son las variantes estructurales en esa décima parte del 1% de sus genomas lo que explica la diversidad de la planta en diferentes regiones y su adaptación al clima y diversas enfermedades. Crédito: Robert Wilson

Los genetistas moleculares han sabido durante aproximadamente una década que las variantes estructurales genómicas pueden desempeñar un papel importante en la adaptación y especiación tanto de plantas como de animales, pero su influencia general en la aptitud de las poblaciones de plantas es poco conocida. 


por la Universidad Estatal de Pensilvania


Esto se debe en parte a que la identificación precisa de variantes estructurales a nivel de población requiere el análisis de múltiples conjuntos de genomas de alta calidad, que no están ampliamente disponibles.l

En este estudio, los investigadores investigaron las consecuencias de la aptitud de las variantes estructurales genómicas en poblaciones naturales mediante el análisis y la comparación de conjuntos genómicos a escala cromosómica de 31 poblaciones naturales de Theobroma cacao , la especie arbórea de larga vida que es la fuente del chocolate. Entre esas 31 cepas de cacao, encontraron más de 160.000 variantes estructurales.

En los hallazgos publicados hoy (16 de agosto) en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , los investigadores informaron que la mayoría de las variantes estructurales son perjudiciales y, por lo tanto, limitan la adaptación de la planta de cacao. Estos efectos perjudiciales probablemente surjan como resultado directo de una función genética alterada y como resultado indirecto de la recombinación genética suprimida durante largos períodos de tiempo, anotaron.

Sin embargo, a pesar de los efectos perjudiciales generales, el estudio también identificó variantes estructurales individuales con firmas de adaptación local, varias de las cuales están asociadas con genes expresados ​​diferencialmente entre poblaciones. Los genes implicados en la resistencia a patógenos se encuentran entre estos candidatos, destacando la contribución de las variantes estructurales a este importante rasgo de adaptación local.

El estudio de las variantes estructurales en los genomas del cacao arroja pistas sobre la diversidad de las plantas
En este estudio, los investigadores analizaron y compararon conjuntos de genomas a escala cromosómica de 31 poblaciones naturales de Theobroma cacao, la especie de árbol de larga vida que es la fuente del chocolate. Este mapa muestra sus orígenes en la cuenca del Amazonas en América del Sur. Crédito: Penn State

Una comparación exhaustiva y minuciosa de los genomas de múltiples cepas del árbol del cacao realizada por un equipo de investigadores ha proporcionado información sobre el papel que juegan las variantes estructurales genómicas en la regulación de la expresión génica y la evolución cromosómica, dando lugar a las diferencias dentro de las poblaciones de la planta. .

La investigación, que tiene implicaciones para la genética vegetal en general, no habría sido posible antes de que las potentes computadoras hicieran posible, asequible y relativamente rápida la secuenciación de genomas de alta resolución, según el miembro del equipo Mark Guiltinan, profesor de botánica hortícola J. Franklin Styer y profesor de biología molecular vegetal en la Facultad de Ciencias Agrícolas de Penn State.

El estudio de las variantes estructurales en los genomas del cacao arroja pistas sobre la diversidad de las plantas
Las variantes estructurales genómicas están asociadas con genes expresados ​​diferencialmente entre poblaciones, como los genes involucrados en la resistencia a patógenos como el que causa la pudrición de la mazorca negra, que se muestra aquí. Crédito: Andrew Fister / Penn State

«Los genomas de diferentes poblaciones de árboles de cacao son 99,9% idénticos, pero son las variantes estructurales en esa décima parte del 1% de sus genomas lo que explica la diversidad de la planta en diferentes regiones y su adaptación al clima y diversas enfermedades», dijo. dicho. «Este estudio establece una asociación entre la variación estructural y la capacidad de una planta para adaptarse a un entorno local».

En general, sus hallazgos brindan información importante sobre los procesos que subyacen a los efectos de la aptitud de las variantes estructurales en las poblaciones naturales, señalaron los investigadores. Sugieren que las variantes estructurales influyen en la expresión de los genes, lo que probablemente perjudica la función de los genes y contribuye a sus efectos perjudiciales. También proporcionaron apoyo empírico para una predicción teórica de que las variantes estructurales dan como resultado la supresión de la recombinación de genes, lo que hace menos probable que las plantas se adapten a los factores estresantes.

Más allá de revelar nueva evidencia empírica de la importancia evolutiva de las variantes estructurales en todas las plantas, documentar las diferencias genómicas y las variantes estructurales entre las 31 cepas de cacao proporciona un recurso valioso para los estudios genéticos y de mejoramiento en curso para esa valiosa planta, señaló Guiltinan.

«Todo el cacao proviene de la cuenca del Amazonas, las plantas fueron recolectadas hace mucho tiempo de la naturaleza por recolectores y fueron clonadas, por lo que tenemos una colección permanente», dijo. «Sus genomas han sido secuenciados, y eso representa una enorme cantidad de trabajo y datos. Como resultado de este estudio, sabemos que la variación estructural es importante para la supervivencia de la planta, para la evolución de la planta y especialmente para la adaptación». de la planta a las condiciones locales «.



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