Un equipo de investigadores de la Universidad de Cornell ha dirigido la secuenciación del genoma de la variedad de manzana Honeycrisp, cubriendo un 97% de las proteínas codificantes. Este avance se considera una bendición para los científicos y fitomejoradores que trabajan con este popular y económicamente importante cultivar.
Cornell Chronicle / 13 de octubre, 2022.- Un equipo de investigadores ha secuenciado el genoma de la manzana Honeycrisp, lo que supone una gran ayuda para los científicos y fitomejoradores que trabajan con este popular y económicamente importante cultivar.
Secuenciado con las tecnologías más avanzadas, el genoma (disponible en código abierto para que cualquiera pueda acceder a él) proporciona un valioso recurso para comprender las bases genéticas de importantes rasgos agrícolas en las manzanas y otras especies de árboles frutales, que puede utilizarse para mejorar los esfuerzos de mejora, según el estudio.
La industria estadounidense de la manzana tiene un valor de 23.000 millones de dólares al año, y Honeycrisp es su cultivar más valioso, ya que aporta a los productores aproximadamente el doble de valor por libra que el segundo cultivar más valioso, Fuji. Debido a sus características favorables, como el carácter crujiente, el sabor, la resistencia al frío y la resistencia a la sarna del manzano, los obtentores han utilizado Honeycrisp como progenitor de nueve nuevos cultivares en el mercado, incluido el Snapdragon, desarrollado por Cornell.
Al mismo tiempo, el cultivo de Honeycrisp puede ser un reto.
«Aunque tiene muchos rasgos positivos, es uno de los cultivares de manzana más difíciles de cultivar en el sistema de producción de los huertos; sufre muchos problemas fisiológicos y de poscosecha», dice Awais Khan, profesor asociado de la Escuela de Ciencias Vegetales Integradas de Cornell AgriTech y primer autor y coautor del estudio, publicado el mes pasado en la revista Gigabyte.
Para empezar, los árboles Honeycrisp tienen dificultades para obtener suficientes nutrientes por sí mismos y requieren un programa específico de gestión de nutrientes para obtener un buen rendimiento y salud, dijo Khan. Sin esta gestión, los árboles suelen desarrollar una «clorosis foliar zonal», en la que las hojas amarillean y se rizan debido a los desequilibrios de carbohidratos y nutrientes.
Las manzanas Honeycrisp también son susceptibles de sufrir trastornos como el Bitter pit (depresión amarga), debido a desequilibrios de calcio, y la podredumbre amarga, una infección fúngica. Estos problemas están fundamentalmente controlados genéticamente, aunque la manipulación y el almacenamiento postcosecha inadecuados pueden agravarlos.
«Si no conocemos el genoma y los genes de Honeycrisp, no podemos seleccionar específicamente los rasgos favorables y eliminar los desfavorables mediante la selección [tradicional]», explica Khan.
Los avances en la tecnología de secuenciación genética permitieron secuenciar, ensamblar y publicar el genoma de Honeycrisp en poco tiempo. En general, el genoma de la manzana, secuenciado por primera vez en 2010 por la variedad Golden Delicious, es complejo, grande y heterocigoto, lo que significa que hay muchas versiones de genes específicos.
También hay muchas secuencias repetidas en el genoma de la manzana. En 2010, cuando se publicó el primer genoma de la manzana, las tecnologías solo podían leer fragmentos cortos de ADN a la vez, por ejemplo, 150 letras. Los científicos solapaban entonces secuencias de quizá 50 letras y, como si de un puzzle se tratara, utilizaban programas y algoritmos informáticos para hacer coincidir el final de una lectura con el inicio de otra. Esto les permitió unir cadenas de ADN más largas para identificar genes enteros y, finalmente, el genoma. Pero un problema de este método es que los elementos repetidos pueden confundir el proceso.
En este estudio, los investigadores utilizaron una combinación de tecnologías de secuenciación actuales -llamadas PacBio HiFi, Omni-C e Illumina– que tradujeron largas lecturas de secuencias genéticas.
«Podemos secuenciar todo el fragmento más grande de la secuencia de ADN de forma continua, por lo que no tenemos estos grandes desafíos de la biología computacional o la bioinformática para ensamblar y encontrar las secuencias superpuestas», dijo Khan.
La secuenciación de lectura larga también les ayudó a descifrar el genoma diploide de la manzana; al igual que los humanos, las manzanas tienen dos conjuntos de cromosomas, uno de cada progenitor. Las nuevas tecnologías permitieron a los investigadores secuenciar dos conjuntos únicos de cromosomas, que en futuros trabajos podrán utilizarse para diferenciar las contribuciones genéticas específicas de cada progenitor.
Con estos métodos avanzados, el genoma de la Honeycrisp cubría el 97% de todos los genes codificadores de proteínas. En comparación, el ensamblaje del genoma de la Golden Delicious de 2010 sólo cubría el 68% de los genes.
Esta investigación es una colaboración entre la Universidad de Cornell, Alex Harkess, del Instituto HudsonAlpha de Biotecnología y la Universidad de Auburn, y Loren Honaas, del Laboratorio de Investigación de Frutas de Árbol del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA-ARS) en Wenatchee, Washington.
La investigación fue financiada por el Departamento de Agricultura y Mercados del Estado de Nueva York (NYS) a través del Programa de Investigación y Desarrollo de Manzanas del NYS, la Comisión de Investigación de Frutas de Árbol de Washington y el USDA-ARS.