Se Revelan Mutaciones Ocultas Del Adn Del Tomate En Un Estudio Genético De 100 Variedades

Tomates Variedad

Después de siglos de crianza, los tomates ahora toman todo tipo de formas y tamaños, desde frutas parecidas a las de una cereza hasta una abundante fruta tradicional. Los científicos están investigando a nivel de genes cómo y por qué aparecen estos cambios físicos. Crédito: Laboratorio Lippman / CSHL / HHMI

Los apetitos humanos han transformado el tomate. ADN y todo. Después de siglos de crianza, lo que una vez fue una baya sudamericana del tamaño de un guisante, ahora toma todo tipo de formas y tamaños, desde la fruta parecida a una cereza hasta la abundante fruta de la herencia.

Hoy en día, los científicos están averiguando cómo se manifiestan estos cambios físicos a nivel de los genes, un trabajo que podría orientar los esfuerzos modernos para modificar el tomate, dice el investigador del Instituto Médico Howard Hughes, Zachary Lippman.

Él y sus colegas ahora han identificado mutaciones ocultas ocultas durante mucho tiempo dentro de los genomas de 100 tipos de tomate, incluida una planta silvestre de bayas de naranja de las Islas Galápagos y variedades que generalmente se procesan en salsa de tomate y salsa.

Su análisis, descrito el 17 de junio de 2020 en la revista  Cell , es la evaluación más completa de tales mutaciones, que alteran largas secciones de ADN, para cualquier planta. La investigación podría conducir a la creación de nuevas variedades de tomate y la mejora de las existentes, dice Lippman. Un puñado de las mutaciones que su equipo identificó alteran características clave, como el sabor y el peso, mostraron los investigadores.

Estudios anteriores han demostrado durante mucho tiempo que estas mutaciones existen en los genomas de las plantas, dice Lippman, un genetista de plantas del Laboratorio Cold Spring Harbor. “Pero hasta ahora, no teníamos una forma eficiente de encontrarlos y estudiar su impacto”, dice.

Una ventana al genoma

Las mutaciones o cambios en los cuatro tipos de letras de ADN que se encuentran dentro de las células de un organismo pueden alterar sus características físicas. Los científicos que estudian plantas se han centrado generalmente en un tipo de mutación pequeña y manejable, en la que una letra de ADN se intercambia por otra.

Las mutaciones que estudió el equipo de Lippman son mucho más grandes: modifican la estructura del ADN copiando, eliminando, insertando o moviendo secciones largas de ADN a otra parte del genoma. Estas mutaciones, también llamadas variaciones estructurales, ocurren en todo el mundo viviente. Los estudios en humanos, por ejemplo, han relacionado estas variaciones con trastornos como la esquizofrenia y el autismo.

Tamaño de tomate

Los investigadores demostraron que la variación estructural, en este caso el número de copias de un gen, puede alterar la fruta. Las plantas con tres copias de genes (izquierda) produjeron frutos un 30 por ciento más grandes que las que tenían una (derecha). Crédito: M. Alonge et al./Cell 2020

Los científicos pueden identificar mutaciones leyendo las letras del ADN mediante una técnica conocida como secuenciación genética. Sin embargo, las limitaciones de esta tecnología han dificultado la decodificación de secciones largas de ADN, dice Lippman. Entonces, los investigadores no han podido capturar una imagen completa de las mutaciones estructurales en el genoma.

Aun así, los genetistas de plantas han sospechado que estas mutaciones contribuyen significativamente a los rasgos de las plantas, dice Michael Purugganan, que estudia el arroz y las palmeras datileras en Universidad de Nueva York y no participó en el nuevo estudio. “Es por eso que este artículo es tan emocionante”, dice. 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, dice.

Una guía para futuros tomates

El nuevo estudio, una colaboración con Michael Schatz en la Universidad Johns Hopkins y otros, identificó más de 200.000 mutaciones estructurales en tomates utilizando una técnica llamada secuenciación de lectura larga. Lippman lo compara con mirar a través de una ventana panorámica a grandes secciones del genoma. En comparación, la secuenciación más convencional ofrecía solo una mirilla, dice.

La mayoría de las mutaciones que encontraron no cambian los genes que codifican rasgos. Pero lo que está claro, dice Lippman, es que muchas de estas mutaciones alteran los mecanismos que controlan la actividad de los genes. Uno de esos genes, por ejemplo, controla el tamaño del fruto del tomate. Al modificar la estructura del ADN, en este caso, el número de copias del gen, el equipo de Lippman pudo alterar la producción de frutas. Las plantas que carecen del gen nunca producen frutos, mientras que las plantas con tres copias del gen producen frutos un 30 por ciento más grandes que las que tienen una sola copia.

El equipo de Lippman también demostró cómo la estructura del ADN puede influir en los rasgos en un ejemplo que él llama “notablemente complejo”. Demostraron que se necesitaban cuatro mutaciones estructurales juntas para mejorar un rasgo de cosecha importante en tomates modernos.

Este tipo de información podría ayudar a explicar la diversidad de rasgos en otros cultivos y permitir a los obtentores mejorar las variedades, dice Lippman. Por ejemplo, quizás agregar una copia adicional del gen del tamaño a las cerezas molidas diminutas, un pariente cercano del tomate, podría aumentar su atractivo al hacerlas más grandes, dice.

“Uno de los santos griales de la agricultura es poder decir: ‘Si muto este gen, sé cuál será el resultado’”, dice. “El campo está dando pasos importantes hacia este tipo de reproducción predecible”.

Referencia: “Principales impactos de la variación estructural generalizada en la expresión genética y la mejora de cultivos en el tomate” por Michael Alonge, Xingang Wang, Matthias Benoit, Sebastian Soyk, Lara Pereira, Lei Zhang, Hamsini Suresh, Srividya Ramakrishnan, Florian Maumus, Danielle Ciren, Yuval Levy, Tom Hai Harel, Gili Shalev-Schlosser, Ziva Amsellem, Hamid Razifard, Ana L. Caicedo, Denise M. Tieman, Harry Klee, Melanie Kirsche, Sergey Aganezov, T.Rhyker Ranallo-Benavidez, Zachary H. Lemmon, Jennifer Kim , Gina Robitaille, Melissa Kramer, Sara Goodwin, W.Richard McCombie, Samuel Hutton, Joyce Van Eck, Jesse Gillis, Yuval Eshed, Fritz J. Sedlazeck, Esther van der Knaap, Michael C. Schatz y Zachary B. Lippman, 17 de junio 2020, celular .
DOI: 10.1016 / j.cell.2020.05.021

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