Publican un Atlas de los cambios genéticos del tomate en todas sus etapas de crecimiento

Desde tomates verdes fritos hasta pastel de pizza, el mundo saborea el tomate en muchas etapas de maduración, cada una con sus cualidades únicas. La maduración de una fruta ha sido durante mucho tiempo una pregunta importante para los fitomejoradores, y el tema de una extensa y fructífera colaboración con investigadores del Instituto Boyce Thompson (BTI), la Universidad de Cornell y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA).

Publicado en Nature Communications el 25 de enero, los investigadores presentaron un mapa espacio-temporal de la expresión génica en todos los tejidos y etapas de desarrollo de la fruta del tomate, la información genética que subyace a cómo una fruta cambia de adentro hacia afuera a medida que madura. Sus datos están disponibles en línea en el nuevo “Tomato Expression Atlas” (TEA), o “Atlas de Expresión del Tomate”.

“La colaboración involucró a varios grupos de investigación, todos los cuales estudian la biología de la fruta del tomate y han trabajado juntos durante muchos años”, dijo Jocelyn Rose, profesora de Cornell e investigadora principal del proyecto.

Con un valor de mercado anual de $55 mil millones de dólares, el tomate es un tema importante para comprender la base genética de los rasgos comercialmente importantes, como el tamaño, el color, el sabor y el contenido nutricional. Además, el tomate sirve como fruta modelo para entender la maduración de una manera que se puede traducir a otras frutas más difíciles de estudiar.

La mayoría de las investigaciones previas se han centrado en la fruta de tomate como un tejido homogéneo, o solo en la parte exterior carnosa, pero cualquiera que haya picado un tomate maduro y jugoso sabe que la fruta está lejos de ser uniforme. Para este proyecto, los investigadores analizaron cada tejido individualmente en todas las etapas de desarrollo, requiriendo cuidado extremo, tiempo y varias habilidades, que es donde la colaboración era clave.

“El proyecto aprovechó las capacidades altamente sinérgicas de los colaboradores que combinaron sus respectivas experiencias en fisiología, biología molecular, microdisección de captura láser, análisis de datos y diseño de bases de datos”, dijo James Giovannoni, científico de BTI/USDA.

“Nuestro primer objetivo fue generar un atlas transcriptómico durante el desarrollo de la fruta de tomate con un nivel sin precedentes de resolución espaciotemporal”, dijo Philippe Nicolas, científico postdoctoral en BTI. “Necesitábamos un muestreo imparcial que fuera lo más representativo posible. Para ello, cosechamos en total más de 400 muestras de más de 60 plantas de tomate individuales seleccionadas al azar”.

Los investigadores diseccionaron cuidadosamente los tejidos de tomate a mano y con microdisección de captura láser para aislar y secuenciar el ARN, el material genético que hace que cada tejido sea distinto, de los tejidos individuales e incluso de las células. La secuencia de datos se compiló, analizó y organizó en el TEA, donde se puede analizar para investigar los diversos procesos biológicos importantes para el desarrollo de la fruta. El riguroso trabajo bioinformático fue realizado por los laboratorios de Mueller y Fei en el BTI.

 Ejemplo de pictografías que muestran la expresión génica del gen Solyc01g102660 en el transcurso de la maduración. Imagen: TEA

Ejemplo de pictografías que muestran la expresión génica del gen Solyc01g102660 en el transcurso de la maduración. Imagen: TEA

“La base de datos TEA ofrece un nivel de interactividad sin precedentes y formas novedosas de visualizar datos de expresión multidimensionales complejos”, dijo el científico del BTI Lukas Mueller, refiriéndose a la interfaz gráfica de TEA que permite a los usuarios visualizar la expresión génica a través de mapas de calor y pictografías de frutas.

“Estas características permitirán a los investigadores responder fácilmente preguntas que anteriormente eran mucho más tediosas de abordar”, dijo Mueller.

Del mismo modo que los grupos de investigación colaboradores aportaron sus diversos conocimientos para la creación del TEA, cada uno de ellos puede utilizar la base de datos para investigar los procesos biológicos importantes para su propia investigación.

“Uno de mis principales intereses de investigación es desarrollar y probar modelos de regulación hormonal del desarrollo de la fruta”, dijo la científica del BTI Carmen Catalá. “Ahora podemos usar el TEA para generar un mapa completo de biosíntesis hormonal y vías de señalización que abarque todos los tejidos de las frutas”.

El laboratorio de Catalá usó este mapa para identificar dos proteínas que interactúan y probablemente trabajan juntas para regular la señalización de la hormona del fruto, uno de los varios resultados facilitados por la TEA en la publicación.

“El tomate ha sido estudiado durante muchas décadas, y muchos procesos se han caracterizado con considerable detalle, pero el TEA proporciona nuevos conocimientos en prácticamente cada proceso que hemos examinado y brinda una imagen de alta resolución de estos procesos”, dijo Rose. “Es más bien como sostener una lente para examinar una imagen borrosa y que la información salte a un enfoque más nítido”.

Con una imagen más clara de los procesos biológicos subyacentes al desarrollo de la fruta del tomate, los investigadores pueden identificar más rápidamente la base genética de los muchos rasgos importantes que valoramos en los tomates y otras frutas.

“Nuestra propia comprensión del control genético y epigenético de la maduración y las vías metabólicas que contribuyen a la calidad de los nutrientes se ha mejorado”, dijo Giovannoni. “Esta mayor comprensión allana el camino para la mejora de la fruta a través del mejoramiento asistido por marcadores moleculares”.