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Primer borrador del genoma del trigo

Triticum aestivum es el nombre científico de la especie de cereal que más se cultiva en el mundo: la especie de trigo de la que se extrae la harina para elaborar el pan. En foros internacionales se considera que este cereal, del que obtuvieron en el 2011 unos 681 millones de toneladas, constituye la principal fuente de hidratos de carbono y de proteínas para la población mundial (seguido de cerca del arroz y del maíz).

T. aestivum es sensible a las condiciones de temperatura y humedad ambientales, por lo que su cultivo se limita a regiones templadas y húmedas, como las zonas del mediterráneo y las zonas subtropicales de los hemisferios norte y sur. Se estima que el rendimiento del cultivo del trigo alcanza las 12 toneladas de grano por hectárea cultivada, pero el promedio actual mundial está lejos de esas cifras: la producción media actual es inferior a 3 toneladas por hectárea, y en ambientes de secano es inferior a 2 toneladas por hectárea. Por problemas de abastecimiento y por efecto de los cambios de clima que ya están sucediendo actualmente, la producción actual de trigo tiene problemas para satisfacer la demanda mundial. Sin embargo, las perspectivas para el futuro son mucho peores, así que diversos organismos internacionales han estimado que para satisfacer la potencial demanda de este cereal en el 2050, su producción debería aumentar un 60%. ¿Pero, cómo conseguir tal incremento en la producción cuando no hay tal cantidad de zonas cultivables disponibles?. Una de las propuestas para alcanzar ese incremento de producción viene de la mano del G20, quien ha establecido una “Iniciativa Internacional del Trigo” con el objetivo de desarrollar nuevas tecnologías de reproducción que puedan ser aplicadas con eficacia y rapidez para la mejora del trigo. Estas estrategias pasan por conocer el genoma de esta especie, algo a lo que ha contribuido un trabajo publicado en la revista Nature el día 29 de noviembre de 2012.

El genoma del trigo es grande y complejo: tiene unos 17 pares de Gigabases (17.000 millones de pares de nucleótidos), lo cual corresponde a unas 6 veces más que el tamaño del genoma humano. Se trata de un organismo hexaploide (tiene 6 juegos de 7 tipos de cromosomas) cuyo complemento haploide es denominado genéricamente AABBCC porque evolutivamente deriva de 3 diferentes especies diploides: el genoma de una especie diploide que podría ser Triticum urartu (cuyo genoma se denomina AA), el de una especie de hierba silvestre desconocida, del tipo Aegilops searsii o Aegilops speltoides (genoma denominado BB) y el genoma procedente de Aegilopstauschii (denominado DD). Probablemente las especies tetraploides AABB se generaron de forma natural hace unos 500.000 años y la forma hexaploide AABBDD hace unos 8.000 años.

Las 3 especies implicadas están relacionadas filogenéticamente porque las tres se habrían originado de un ancestro común Triticeae hace unos 2,5 a 4,5 millones de años. Sin embargo, a lo largo de la evolución, los genes que están en el genoma del trigo y que proceden de cada una de las especies se han ido mezclando y reordenando en el genoma del trigo, de forma que ahora se encuentran en diversos cromosomas y resulta difícil diferenciar esos 3 tipos de genomas originales, lo cual aumenta aún más la complejidad del estudio de su genoma.

El trabajo que se ha publicado a finales de noviembre, ha sido realizado por un grupo de investigadores europeos y de EEUU. El equipo ha elegido una variedad de trigo denominada Chinese Spring (CS42) como material para secuenciar su genoma. Los investigadores han purificado el DNA nuclear de esta variedad y lo han secuenciado utilizando la tecnología de pirosecuenciación y el equipo 454, de la marca Roche.

El conjunto final de las lecturas de la secuenciación de todos los fragmentos secuenciados ha resultado ser de unos 85Gb, lo que significa que cada par de nucleótidos ha sido secuenciado una media de 5 veces (recordar que el genoma del trigo tiene unos 17 Gb).

Una vez se tiene la secuencia de cada fragmento analizado, es necesario ordenarlos y ensamblarlos hasta obtener la secuencia del genoma completo. Para ello, los investigadores han comparado estas secuencias con la secuencia de los genomas diploides ancestrales y progenitores y han intentado identificar regiones homólogas entre todos ellos. En total, han identificado entre 94.000 y 96.000 genes y han asignado dos terceras partes del genoma del trigo a alguno de los 3 genomas componentes del trigo hexaploide (A, B o D). Además han definido un catálogo de polimorfismos de un único nucleótido (SNPs) en los genomas del trigo y de A, B y D (132.552 SNPs) que se espera sea útil para trabajos posteriores en estas gramíneas.

Los mapas que han realizado, indican que el genoma del trigo es muy dinámico, con pérdida significativa de miembros de familias génicas durante la ploidización y domesticación, y con abundancia de fragmentos génicos. Además, se aprecia que algunos genes implicados en la captación de energía, en el metabolismo y en el crecimiento están entre familias de genes que se han expandido en la evolución, relacionadas con la productividad.

Aunque los resultados conseguidos ahora sobre la secuencia del genoma del trigo no son definitivos y nuevos trabajos deberán afinarlos y modularlos, este es el primer borrador del genoma del trigo disponible y sus autores esperan que sus análisis sobre la variación genética permitan acelerar en descubrimiento de genes útiles y la mejora de este cereal.

4 comentarios a Primer borrador del genoma del trigo

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