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Revelan la evolución del tomate domesticado en Latinoamérica

Un grupo de biólogos y genetistas evolutivos reportan que han identificado los eslabones perdidos en la evolución del tomate desde una fruta del tamaño de un arándano silvestre en América del Sur hasta el tomate moderno más grande de la actualidad.

El tomate cultivado común (Solanum lycopersicum L. var. Lycopersicum; o (SLL)) se encuentra entre los cultivos de hortalizas más cultivados del mundo, desde grandes granjas agrícolas hasta el cultivo de variedades reliquias o de herencia.

En 2012, el tomate domesticado ‘Heinz 1706’, un SLL, se convirtió en el primer tomate en secuenciar su genoma completo en un esfuerzo por comprender mejor el cultivo de hortalizas de mayor valor del mundo.

Desde entonces, los científicos de todo el mundo han estado agregando a nuestra rica comprensión de la variación evolutiva responsable de los cambios dentro de los 12 cromosomas del tomate.

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El origen último remonta el linaje del tomate moderno a América del Sur. Estudios previos han propuesto que S. pimpinellifolium L. (SP) de frutos rojos silvestres fue domesticado en América del Sur para dar lugar a S. lycopersicum L. var. cerasiforme (SLC), y más tarde SLC dio lugar a SLL en Mesoamérica y después una mejora posterior de SLL en todo el mundo.

Ahora, un nuevo estudio financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, publicado en la edición Advance Access de Molecular Biology and Evolution, ha revelado y confirmado la historia de los tomates de América del Sur, desde el tamaño de una baya azul hasta las frutas grandes de hoy.

El historial de domesticación del tomate generalmente se describe como un proceso de” dos pasos “con un aumento en el tamaño de la fruta de SP de tamaño de arándano a SLC generalmente de tamaño de cereza, y luego a los tomates comunes de fruta muy grande (SLL) consumidos en todo el mundo“, dijeron los autores del estudio.

En particular, los autores intentaron arrojar luz sobre la historia evolutiva de la primera división antigua, entre SP y SLC, y la evolución posterior de SLC, cuyo estado como grupo intermedio en la domesticación del tomate ha sido históricamente debatido acaloradamente.

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Lo que encontraron en todos los signos de sus análisis señaló que el grupo intermedio (SLC) surgió en Ecuador, mucho antes que la domesticación humana, y luego se extendió hacia el norte con el tiempo, lo que sugiere que el uso humano de SLC llegó mucho más tarde.

“Hemos reconstruido un supuesto historial de domesticación de grupos de tomates, enfocándonos especialmente en la etapa intermedia poco explorada representada por SLC. Descubrimos que SLC se originó en Ecuador probablemente como una especie silvestre sobre 78 KYA, probablemente como un evento de vicariancia que separó poblaciones de SP más costeras de poblaciones de SCL del interior emergente”, dijeron los autores.

En el estudio, el equipo científico realizó una secuenciación del genoma completo y análisis genómicos de la población a partir de una muestra de tomates SLL, SLC y SP para reconstruir el historial de domesticación del tomate. En total, el equipo generó nuevas secuencias de genoma completo para 166 muestras, que representan SP en su rango nativo en América del Sur y SLC en su rango nativo en América del Sur y Mesoamérica, junto con las variedades locales SLL de Mesoamérica, que anteriormente estaban subrepresentadas . Se identificaron un total de 23.797.503 polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) alineando secuencias con el genoma de referencia de SLL. También realizaron un fenotipado extenso para determinar los rasgos que más diferencian a los tomates silvestres.

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“Es evidente que las accesiones de tomate cultivadas comunes (SLL) han experimentado cambios radicales en comparación con los fenotipos de tomate silvestre (SP), con frutas que en promedio tienen pericarpios más gruesos, más lóbulos, menor peso seco, niveles más bajos de betacaroteno, sólidos solubles y ácido cítrico, y niveles más altos de ácido málico”, dijeron los autores.

Se podrían obtener más detalles sorprendentes de la historia del tomate sobre lo que sucedió después de la antigua división inicial de SLC desde SP. Los autores encontraron que aunque los grupos SLC en América del Sur contienen muchas características que parecerían consistentes con la domesticación humana, estos rasgos se perdieron cuando SLC se extendió al norte de Mesoamérica. Curiosamente, estos grupos SLC del norte más “silvestres” son los parientes más cercanos del tomate moderno.

El historial de domesticación del tomate generalmente se describe como un proceso de “dos pasos” con un aumento en el tamaño de la fruta desde SP de tamaño de arándano a SLC generalmente de tamaño de una cereza, y luego a los tomates comunes de fruto muy grande (SLL) consumidos en todo el mundo. Crédito: Hamid Razifard, Universidad de Massachusetts, Amherst

“Aunque las accesiones de SLC que presentan rasgos consistentes con la domesticación son persistentes en América del Sur, notablemente, estos rasgos se redujeron una vez que las poblaciones SLC se extendieron hacia el norte. Las poblaciones SLC en el norte de América del Sur, América Central y México en promedio tienen frutos más pequeños, con menos lóbulos, pericarpos más delgados y niveles más altos de beta-caroteno y ácido cítrico en comparación con las poblaciones de SLC de América del Sur “, dijeron los autores.

Los autores estiman que el marco temporal de SLC que se mueve hacia el norte permite la influencia humana, pero se desconoce el motivo de la reducción de rasgos similares a la domesticación. Con SLC en México como los antepasados ​​más probables de SLL, los autores señalan que puede haber ocurrido una nueva selección de rasgos de domesticación.

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“Por lo tanto, el origen del tomate cultivado común, SLL, alrededor de 7 KYA en México, probablemente implicaba la re-selección de rasgos de domesticación (o una re-domesticación) de una población SLC que era fenotípicamente más silvestre de lo que se pensaba anteriormente”.

Además de estimar el momento de la aparición de diferentes grupos de tomate, el estudio genómico también identificó muchos genes candidatos plausibles conocidos o novedosos responsables de los cambios en los rasgos físicos del tomate.

“Con nuestros estrictos criterios de filtrado de barrido, encontramos barridos asociados con nuestros resultados de estudios de asociación amplia del genoma, o picos de GWAS, para peso seco, número de lóbulos, sólidos solubles y ácido cítrico”, dijeron los autores.

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Estos incluyeron Lin5, que previamente se ha implicado en cambios en el contenido de azúcar en la domesticación del tomate, y ácido málico, que se asoció con un evento de inserción o eliminación aguas arriba de Solyc06g072840, que codifica una proteína 1 inducida por peróxido de hidrógeno, un gen altamente expresado en frutos y semillas de tomate y parte de una red de coexpresión involucrada en el ciclo de Krebs y la producción de ácido cítrico.

Hubo sorpresas adicionales en sus análisis. El origen de SLC parece haber involucrado un número mucho mayor de barridos selectivos putativos (133) en comparación con cualquier otro grupo (origen de SLC del norte: 54 y 91, y origen de SLL: 55). Esto sugiere que el origen de SLC implicó la selección de más rasgos o rasgos con más genes subyacentes que cualquier otro evento principal en la historia evolutiva del tomate domesticado.

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Lo que los científicos han aprendido al reconstruir la historia de la domesticación del tomate cultivado en América Latina podría ayudar a los productores de tomate de hoy a identificar genes beneficiosos para reintroducir a las variedades modernas de tomate para mejorar sus características agrícolas y deseables para el consumidor.

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