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Construyen el «pangenoma» del tomate, clave para recuperar su sabor

Zhangjun Fei y James Giovannoni con algunos tomates en un invernadero del BTI. |
Imagen: Mike Carrol

¿Encuentras que la mayoría de los tomates comprados en el supermercado/feria no tienen mucho sabor? Es posible que los científicos hayan encontrado la solución desarrollando el ‘pan-genoma’ del tomate, mapeando casi 5,000 genes previamente no documentados, incluidos los genes para el sabor del tomate.

Casi todos están de acuerdo en que la mayoría de los tomates comprados en la tienda o mercado no tienen mucho sabor. Ahora, los científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) del Departamento Agrícola de Estados Unidos (USDA) y el Instituto Boyce Thompson (BTI) pueden haber dado con la solución en un estudio que acaban de publicar en Nature Genetics.

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El biólogo molecular James Giovannoni con el Laboratorio de Investigación de Plantas, Suelos y Nutrición del ARS, y el científico bioinformático de BTI Zhangjun Fei, ambos en Ithaca, Nueva York, han terminado de construir el pangenoma para el tomate cultivado moderno y sus parientes silvestres, y han mapeado casi 5,000 genes previamente indocumentados. .

Un genoma es un mapa biológico de los genes de un organismo y sus funciones. Pero cuando se mapea en un cultivo, generalmente es de una sola variedad, que luego actúa como un genoma de referencia para el resto de variedades de la especie. En este nuevo trabajo realizado con el tomate, el pan-genoma incluye todos los genes de 725 tomates silvestres cultivados y estrechamente relacionados, que revelaron 4,873 genes que estaban ausentes del genoma de referencia original.

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La primera secuencia del genoma del tomate fue sobre una gran variedad moderna publicada en 2012, que reveló aproximadamente 35,000 genes y facilitó los esfuerzos de mejora de cultivos. Desde entonces, se han secuenciado varios cientos de genotipos de tomate adicionales. El estudio actual es el primero en extraer todas estas secuencias genómicas, así como otras 166 nuevas secuencias generadas por los investigadores, para buscar genes que estaban ausentes del genoma de referencia.

Si bien los tomates cultivados tienen una amplia gama de variaciones físicas y metabólicas, ha habido varios cuellos de botella severos durante su domesticación y mejoramiento. Esto significa que los tomates de hoy tienen una base genética estrecha. El pan-genoma ayuda a identificar qué genes adicionales (más allá de los de referencia) podrían estar disponibles para el mejoramiento y desarrollo de cultivos.

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«Durante la domesticación y la mejora del tomate, las personas se centraron principalmente en las características que aumentarían la producción, como el tamaño de la fruta y la vida útil», dijo Fei, «por lo que algunos genes involucrados en otras características importantes de la calidad de la fruta y la tolerancia al estrés se perdieron durante este proceso.»

«Estos nuevos genes podrían permitir a los fitomejoradores desarrollar variedades de tomates de élite que tienen resistencia genética a las enfermedades que actualmente abordamos al tratar a las plantas con pesticidas u otras medidas costosas e inocuas para el medio ambiente», agregó Giovannoni.

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En los tiempos modernos, los mejoradores se han concentrado en características tales como rendimiento, vida útil, resistencia a enfermedades y tolerancia al estrés, características que han sido económicamente importantes para los productores. Los tomates son una de las verduras más consumidas (aunque en términos botánicos es una fruta), con una producción anual mundial de 182 millones de toneladas y un valor de más de US$60 mil millones.

El consumo de tomate per cápita en los Estados Unidos fue de 9.2 kilos para los tomates frescos en 2017, más 33.2 kilos adicionales de tomates procesados ​​consumidos por persona. Los tomates son el segundo vegetal más consumido en los Estados Unidos después de las papas.

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«Uno de los descubrimientos más importantes de la construcción de este pan-genoma es una forma rara de un gen marcado como TomLoxC, que difiere principalmente en la versión de su promotor genético de ADN. El gen influye en el sabor de la fruta al catalizar la biosíntesis de varios lípidos (grasa) que involucran compuestos volátiles que se evaporan fácilmente y contribuyen al aroma«, explicó Giovannoni.

Además, los investigadores encontraron un nuevo papel de TomLoxC. También facilita la producción de un grupo de apocarotenoides (químicos orgánicos derivados de carotenoides, incluidos los precursores de la vitamina A) que funcionan como moléculas de señalización que influyen en una variedad de respuestas en las plantas, incluido el estrés ambiental. Los compuestos también tienen una variedad de olores florales y frutales que son importantes en el sabor del tomate.

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La versión rara de TomLoxC se encontró en solo el 2% de las variedades de tomate más antiguas (o de «reliquia»), aunque la versión estaba presente en el 91% de los tomates silvestres del tamaño de la grosella, principalmente Solanum pimpinellifolium, el antecesor silvestre del tomate cultivado moderno. Y se está volviendo más común en las variedades más nuevas.

«Parece que puede haber habido una fuerte presión de selección en contra, o al menos, ninguna selección para la presencia de esta versión de TomLoxC al inicio de la domesticación de los tomates», agregó Giovannoni. «El aumento en la prevalencia de esta forma en los tomates modernos probablemente refleja el interés renovado de los fitomejoradores en mejorar el sabor».

«La versión rara de TomLoxC ahora tiene una frecuencia del 7% en las variedades modernas de tomate, así que claramente los mejoradores han comenzado a seleccionarla, probablemente porque se han centrado más en el sabor en las últimas décadas», dijo Giovannoni.

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Con la disponibilidad de esta amplia gama de información genética específica, los mejoradores deberían poder trabajar rápidamente para aumentar el sabor de los tomates de producción en masa comprados en la tienda, al tiempo que conservan las características que los hacen un cultivo económicamente ventajoso.

«Estos nuevos genes descubiertos a partir del pan-genoma del tomate agregaron información sustancial al repertorio del genoma del tomate y brindan oportunidades adicionales para la mejora del tomate. Los perfiles de presencia y ausencia de estos genes en diferentes poblaciones de tomates han arrojado luces importantes sobre cómo la selección humana de las características deseadas han remodelado los genomas del tomate», dijo Fei.

Los científicos esperan que la adición de cerca de 5,000 genes al repertorio del genoma del tomate proporcione oportunidades adicionales de mejora a medida que se determinen sus roles en la biología del tomate y la calidad de la fruta.

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