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Variantes estructurales en el genoma del cacao, clave para la diversidad de las plantas

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Variantes estructurales en el genoma del cacao, clave para 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
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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 dela 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 J. Franklin Styer deBotánica hortícola y profesor de biología molecular vegetal en la Facultad de Ciencias Agrícolas de 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 las que explican la diversidad de la planta en diferentes regiones y su adaptación al clima y diversas enfermedades,", Dijo." Este estudio establece una asociación entre la variación estructural y la capacidad de una planta para adaptarse a un entorno local ".

Los genetistas moleculares saben desde hace 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 no se conoce bien. Eso se debe en parte a que la precisión a nivel de poblaciónLa identificación de variantes estructurales requiere el análisis de múltiples conjuntos de genomas de alta calidad, que no están ampliamente disponibles.

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 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.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 alteraciónfunción genética 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 involucrados en la resistencia a patógenos se encuentran entre estos candidatos, destacando la contribución de la estructuravariantes de este importante rasgo de adaptación local.

En general, sus hallazgos brindan información importante sobre los procesos que subyacen a los efectos de aptitud de las variantes estructurales en las poblaciones naturales, señalaron los investigadores. Sugieren que las variantes estructurales influyen en la expresión génica, lo que probablemente deteriora la función genética y contribuye a sus efectos perjudiciales. Tambiénproporcionó 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 ungran 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 ”.

Referencia : Hämälä T, Wafula E, Ralph P, Guiltinan M, dePamphilis C, Tiffin P. Las variantes estructurales genómicas limitan y facilitan la adaptación en poblaciones naturales de Theobroma cacao, el árbol de chocolate. PNAS . 2021. doi: 10.5281 / zenodo.4765774

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