Secuencian el genoma del zapallo (calabaza), revelando una historia evolutiva poco común

Para algunos, los zapallos (o calabazas) evocan decoraciones de Halloween, pero para muchas personas en todo el mundo, los zapallos proporcionan nutrición. Científicos del Instituto Boyce Thompson (BTI) en Estados Unidos y del Centro Nacional de Investigación de Ingeniería para Hortalizas en Beijing, China, han secuenciado los genomas de dos especies importantes de zapallo: Cucurbita maxima y Cucurbita moschata.

Los genomas secuenciados aparecen en la edición de octubre de Molecular Plant, que destaca el trabajo en su portada.

“Los zapallos se utilizan como alimento básico en muchos países en desarrollo y se cultivan en todo el mundo por sus usos culinarios y ornamentales”, dijo Zhangjun Fei, profesor asociado del BTI, profesor adjunto de patología vegetal de la Universidad de Cornell y autor principal del artículo. Más de dos tercios de los zapallos y calabacines del mundo se producen solo en Asia.

Los investigadores secuenciaron las dos especies diferentes de zapallo para comprender mejor sus características deseables contrastantes: Cucurbita moschata es conocida por su resistencia a enfermedades y otros tipos de estrés, como temperaturas extremas, mientras que C. maxima es mejor conocida por su calidad y nutrición de frutos.

Además, el híbrido de estas dos especies, llamado ‘Shintosa’ tiene una tolerancia al estrés incluso mayor que C. moschata, y se usa a menudo como patrón para otros cultivos de cucurbitáceas, como la sandía, el pepino y el melón. Los productores cortarán las plántulas de zapallo de sus raíces, y fusionarán los tallos de otras cucurbitáceas en ellas, dándoles raíces fuertes y resistentes para crecer.

Especies de zapallo de todo el mundo. Crédito: Zhangjun Fei y Marissa Zuckerman

Una vez descifradas, las secuencias del genoma son un recurso importante para la investigación científica adicional y el mejoramiento de de cultivos de Cucurbita. Al analizar los genomas, los investigadores podrán identificar muchos genes asociados con los rasgos deseables del zapallo y comprender mejor la genética detrás de los fenotipos extremos del híbrido ‘Shintosa’.

“Las secuencias de alta calidad del genoma del zapallo conducirán a una disección más eficiente de la genética que subyace a los rasgos agronómicos importantes, acelerando así el proceso de mejora del zapallo”, dijo Fei.

En el mundo de las cucurbitáceas, esto significa un mejoramiento más rápido para resistir enfermedades como la marchitez por Fusarium o el mildiu polvoroso, esa película blanca que muchos jardineros pueden encontrar matando sus hojas de zapallo, o mejorando la producción de carotenoides, los pigmentos anaranjados asociados con la salud ocular, entre otros beneficios.

Si bien el objetivo final de la secuenciación del genoma es poder vincular genes específicos con los rasgos que controlan, los resultados de la secuenciación del zapallo también revelaron una historia evolutiva interesante para las especies de Cucurbita.

Las cucurbitas tienen genomas grandes con 20 pares de cromosomas, en comparación con los 11 de la sandía o 7 del pepino. Esta fue la primera pista de que el genoma del zapallo se había expandido hace mucho tiempo. Al comparar las secuencias del genoma de Curcurbita con las de otras cucurbitáceas, los investigadores descubrieron que el genoma del zapallo es en realidad una combinación de dos genomas antiguos, por lo que es un paleotetraploide.

Aunque el zapallo hoy se considera diploide, lo que significa que tiene solo dos copias de cada cromosoma, el análisis de la secuencia del genoma reveló que hace entre 3 y 20 millones de años, dos especies ancestrales diferentes combinaron sus genomas para crear un alotetraploide, es decir, una nueva especie con cuatro (tetra) copias de cada cromosoma, de dos especies diferentes (alo).

Normalmente, después de que se forma un alotetraploide, el genoma experimentará una reducción de tamaño y la pérdida de genes, transformando finalmente la nueva especie en un diploide. Algunas veces, uno de los genomas contribuyentes dominará sobre los otros para retener más genes, un fenómeno observado en el maíz y el algodón.

Curiosamente, para los zapallos este no fue el caso. El antiguo alotetraploide Cucurbita perdió sus genes duplicados al azar de los dos diploides contribuyentes. Además, el cromosoma ancestral permaneció en gran parte intacto, dejando al zapallo moderno con dos subgéneros que representan las especies antiguas que contribuyeron al paleotetraploide.

“Estábamos emocionados de descubrir que los dos subgéneros actuales en el zapallo mantienen en gran medida las estructuras cromosómicas de los dos progenitores a pesar de compartir el mismo núcleo durante al menos tres millones de años”, dijo Shan Wu, primer autor del estudio y posdoc en el BTI.

La próxima vez que corte un zapallo, tómese un momento para pensar en el curioso camino evolutivo que lo llevó a llegar hasta aquí, y cómo los fitomejoradores, ahora armados con la secuencia del genoma, podrán mejorar el zapallo para ayudar a millones en todo el mundo.