Los transposones (o «genes saltarines») del maíz han sido finalmente mapeados por un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de California en Davis y el Cold Spring Harbor Laboratory en Estados Unidos. El descubrimiento podría beneficiar en última instancia al desarrollo y producción de maíz, uno de los cultivos más importantes del mundo.
Los elementos transponibles, o transposones, son secuencias de ADN que pueden moverse de manera autosuficiente dentro de un genoma («genes que saltan»). Fueron descubiertos en el maíz por Barbara McClintock, genetista ganadora del Premio Nobel, en la década de 1940, y para entonces muchos científicos consideraron que tenían poco papel en la genética. Otros sin embargo, incluyendo McClintock, pensaron que los transposones dentro de un genoma pueden tener papeles importantes en las células, incluyendo la regulación de la expresión génica. Ahora sabemos que los transposones se encuentran en la mayoría de los organismos, constituyendo más del 80% del genoma del maíz y casi el 50% del genoma humano.
Hasta ahora, las ubicaciones exactas de transposones han sido evasivas, principalmente porque han sido tan difíciles de secuenciar y ensamblar. Michelle Stitzer, estudiante de posgrado en biología poblacional de UC Davis, y el genetista de maíz Jeff Ross-Ibarra, profesor de ciencias vegetales, trabajó con colegas en Cold Spring Harbor y varias universidades y compañías de tecnología genómica para crear un nuevo genoma de referencia del maíz, el cual incluye las regiones repetitivas complejas. La nueva tecnología de secuenciación que utilizaron se describe en una reciente publicación en Nature.
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Identificación y clasificación de transposones en el maíz
«Los anteriores genomas de referencia del maíz no identificaron todas las regiones repetitivas», dijo Stitzer. «Hasta ahora, conocíamos las posiciones relativas de segmentos de secuencia, pero no todas las partes desordenadas entremedio medio; esta nueva tecnología nos ha permitido secuenciar todas las regiones repetitivas». Stitzer ha desarrollado métodos para identificar las posiciones de los transposones en el maíz, incluso cuando saltan entre sí.
«La publicación de Nature se centró en la tecnología, que dio una valiosa secuencia genómica de alta calidad» dijo Ross-Ibarra, «pero Michelle creó algoritmos computacionales para identificar elementos individuales transponibles a través de todo el genoma, lo que nunca se había hecho antes».
«Su trabajo está revelando una ecología completa de transposones, completa con relaciones complejas de competencia y cooperación, lo que nos permite comenzar a comprender la rica biodiversidad del genoma como un ecosistema».
Nathan Springer, profesor de la Universidad de Minnesota y coautor del artículo de Nature, señaló: «Los nuevos enfoques de Michelle para identificar y clasificar el complemento entero de los transposones en el maíz deberían conducir a nuevos descubrimientos biológicos fundamentales».
Michelle Stitzer, estudiante de postgrado de UC Davis, registra las coordenadas GPS de una planta individual de maíz en un campo en el este de Jalisco, México, para investigar la hibridación entre el maíz y su ancestro silvestre el teocinte. El trabajo de Stitzer ha ayudado a crear un nuevo mapa genómico del maíz que por primera vez localiza los transposones o «genes que saltan» que constituyen una parte importante del genoma del maíz. Crédito: Jeffrey Ross-Ibarra/UC Davis.
Nuevas ventanas en la investigación del transposón
Los transposones pueden regular y cambiar la expresión de los genes cercanos dependiendo de dónde “aterrizan” en el genoma, dijo Stitzer. «Es muy importante saberlo, pero fue difícil de identificar cuando no pudimos averiguar dónde estaban en la secuencia del genoma».
Se sabe que las inserciones de transposones y su impacto en la expresión génica influyen en la forma en que la planta de maíz interactúa con su medio ambiente. Por ejemplo, diferentes inserciones de transposones confieren tolerancia a la sequía, tiempo de floración alterado, capacidad para crecer en suelos ricos en aluminio tóxico y han permitido que el maíz se disemine a las latitudes templadas al romper la sensibilidad a los días largos de los trópicos. Y ampliamente, las inserciones de elementos transponibles han demostrado alterar la expresión génica en condiciones de estrés. Pero estas inserciones con consecuencias funcionales conocidas sólo representan un puñado de los cientos de miles de elementos transponibles en el genoma del maíz.
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Damon Lisch, profesor de la Universidad de Purdue, que estudia la regulación y evolución de los transposones en plantas dijo: «Simplemente no podemos entender la complejidad de los genomas de las plantas a menos que podamos identificar los elementos transponibles. La obra de Michelle proporciona una hoja de ruta inestimable que nos permite comenzar a desenredar la diversidad de todos los elementos genéticos que conforman el genoma del maíz «.
Ross-Ibarra dijo que ahora que el genoma del maíz está completamente secuenciado y se han determinado las ubicaciones de los transposones, un nuevo campo de investigación se está abriendo más allá del papel de los genes individuales en el maíz, determinando el papel de los transposones individuales.