Un estudio pionero sobre el pangenoma del género Solanum (que incluye a la papa, tomate, berenjena y otros cultivares) revela que los genes paralogos (surgidos por la duplicación ancestral de genes) juegan un papel clave en la adaptación y mejoramiento genético de cultivos, abriendo nuevas oportunidades para el desarrollo de variedades agrícolas más resistentes y productivas mediante edición genómica.
Genetic Engineering & Biotechnology News / 5 de marzo, 2025.- Los avances en genómica, secuenciación de nueva generación y edición genómica están impulsando una nueva era en el mejoramiento de cultivos. Alrededor del 75% de los alimentos del mundo provienen de 12 plantas. Sin embargo, los científicos estiman que hasta 30.000 especies son comestibles. Una oportunidad para ampliar nuestro suministro de alimentos reside en el intercambio de conocimientos genotipo-fenotipo entre cultivos cultivados global y localmente. Sin embargo, muchas variantes genéticas son específicas de cada especie. Y los métodos de selección de rasgos ventajosos pueden producir resultados diferentes en especies relacionadas.
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“Existen muchos cultivos alimentarios maravillosos”, afirmó Zachary Lippman, PhD, profesor del Laboratorio Cold Spring Harbor (CSHL) e investigador del HHMI. “¿Cuántos de ellos no han recibido la atención que les correspondería, en comparación con los cultivos más importantes?”
Ahora, investigadores del CSHL y colegas de todo el mundo han establecido un pangenoma del género Solanum, rico en cultivos. El equipo secuenció docenas de genomas completos de este género vegetal, que incluye tomates, papas y berenjenas. El nuevo pangenoma de alta calidad se utilizó posteriormente para mapear los genes responsables de rasgos específicos de importancia agrícola en todo el género y dirigirlos a la creación de mutaciones deseables.
Este trabajo se publicó en Nature en el artículo «La pangenética de Solanum revela parálogos como contingencias en la ingeniería de cultivos».
La investigación del equipo revela la importancia de comprender la evolución de los genes parálogos para predecir los resultados de la edición genómica. Hasta ahora, no se había estudiado en profundidad cómo se relacionan los parálogos con los cambios físicos en las distintas especies. Y, en este estudio, los mayores avances provinieron de la berenjena africana: un pariente del tomate, originario de la región subsahariana, cuya forma, color y tamaño de fruto varían considerablemente.
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Los autores escribieron: “A pesar de la amplia conservación de la macrosintania génica entre las referencias a escala cromosómica de 22 especies, incluyendo 13 cultivos autóctonos, miles de duplicaciones génicas, particularmente dentro de familias clave de genes de domesticación, exhibieron trayectorias dinámicas en secuencia, expresión y función. Al ampliar nuestro pangenoma con cultivares de berenjena africana y aplicar genética cuantitativa y edición genómica, diseccionamos una intrincada historia de la evolución de parálogos que afecta el tamaño del fruto”.
Lippman y su colaborador de larga data, el Dr. Michael Schatz, profesor de biología computacional y oncología en la Universidad Johns Hopkins, contactaron con un fitomejorador en Uganda para intercambiar ideas y experiencia. Al mapear decenas de miles de parálogos, el equipo identificó un gen previamente desconocido en la berenjena africana que afecta el tamaño del fruto. Este parálogo tiene la misma función en los tomates. Los investigadores descubrieron que podían influir en el tamaño del tomate editándolo.
“El intercambio recíproco entre los cultivos autóctonos y los principales crea nuevas vías predecibles para un mejor fitomejoramiento”, afirmó Benoit. Esto es clave para impulsar la diversidad y la resiliencia del sistema alimentario.
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Los hallazgos, sugieren los autores, demuestran que «las diversificaciones de parálogos a corto plazo son contingencias poco exploradas en la capacidad evolutiva de los rasgos. Exponer y abordar estas contingencias es crucial para traducir las relaciones genotipo-fenotipo entre especies».
«La diversidad de cultivos beneficia la nutrición, la elección y la salud», añadió Lippman. «Determinar cómo funcionan los parálogos relacionados entre especies podría ayudar a mejorar el rendimiento de los cultivos, los tiempos de floración y la selección de alimentos. En otras palabras, es una situación beneficiosa para científicos, agricultores y consumidores de todo el mundo».