Selección Natural/Artificial

Evolución de los tomates: más de 200 mil mutaciones genéticas

17 de Junio 2020 – Howard Hughes Medical Institute

El apetito humano ha transformado el tomate, su ADN y todo. Después de siglos de cultivo, lo que una vez fue una baya sudamericana del tamaño aproximado de una arveja, ahora toma todo tipo de formas y tamaños, desde cerezas hasta frutos de reliquia.

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

Él y sus colegas 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 típicamente procesadas 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 secciones largas 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 altera 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 en el Laboratorio Cold Spring Harbor. “Pero hasta ahora, no teníamos una manera eficiente de encontrarlos y estudiar su impacto”, dice.

Una ventana al genoma

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

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

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

Aun así, los genetistas de plantas sospechan que estas mutaciones contribuyen significativamente a los rasgos de las plantas, dice Michael Purugganan, quien estudia arroz y palmeras en la 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 usando 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 los 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, la cantidad de copias del gen, el equipo de Lippman pudo alterar la producción de fruta. Las plantas que carecen del gen nunca produjeron fruta, mientras que las plantas con tres copias del gen hicieron que la fruta fuera un 30 por ciento más grande que aquellas con 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”. Mostraron que se necesitaban cuatro mutaciones estructurales juntas para reproducir un rasgo principal de cosecha en tomates modernos.

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

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

Howard Hughes Medical Institute.

  1. 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, Zachary B. Lippman. Major Impacts of Widespread Structural Variation on Gene Expression and Crop Improvement in TomatoCell, 2020; DOI: 10.1016/j.cell.2020.05.021

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