Un equipo internacional de científicos ha secuenciado genomas y epigenomas completos de más de 1,000 Arabidopsis thaliana plantas, muestreadas de ubicaciones geográficamente diversas. La colección de 1.001 genomas y 1.001 epigenomas no solo ilumina nuevos aspectos de su historia evolutiva, sino que también proporciona una imagen completa de toda la especie de la interacción entre la variación genética y epigenética en este importante modeloplanta.
Cuando apareció la secuenciación de la próxima generación alrededor de 2007, fue posible secuenciar genomas de manera relativamente rápida y económica. Los genetistas humanos desarrollaron rápidamente un proyecto para secuenciar 1,000 genomas para catalogar la variación genética humana. Para no quedarse atrás, los biólogos de plantas decidieron que "si nuestrolos colegas tendrán mil genomas, luego tenemos que tener al menos mil y un genomas ", bromeó Detlef Weigel, Director del Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Alemania, quien codirigió el proyecto de 1.001 genomas. Pero secuenciando el genomasolo proporcionó parte de la historia: los investigadores fueron más allá y secuenciaron el transcriptoma y el metiloma de estas plantas también.
Muchas preguntas sobre la evolución y la adaptación de las plantas pueden abordarse con los nuevos datos. "Es un generador de hipótesis enorme en términos de tratar de entender lo que sucede en el mundo natural", explicaron el Instituto Médico Howard Hughes HHMI y Gordon y Betty Moore.Joe Ecker, investigador de la Fundación GBMF, biólogo de plantas del Instituto Salk que dirigió el proyecto de 1.001 epigenomas. "En el pasado, hemos realizado mutaciones en casi todos los genes en el laboratorio. Pero aquí se observan tanto sutiles comovariantes no tan sutiles, tanto genéticas como epigenéticas, que se capturan de la naturaleza ". Por lo tanto, ofrece una oportunidad para los científicos interesados en cómo las plantas silvestres se adaptan al cambio climático, por ejemplo.
"[Los investigadores] tendrán herramientas para ver qué tipo de variación natural existe en un gen de interés", dijo Magnus Nordborg, Director del Instituto Gregor Mendel en Austria, quien codirigió el proyecto de genomas 1001.el objetivo es alejarse del genoma de referencia y obtener una imagen completa de toda la variación genética, y todo lo que está asociado ".
Los dos nuevos estudios, que se publicarán juntos en la edición del 14 de julio de 2016 de Celda , muestra que aproximadamente el 25 por ciento de los genes en el Arabidopsis el genoma exhibe diversidad en su estado de metilación. La metilación, la adición de grupos metilo a una cadena de ADN, está relacionada con el silenciamiento de los elementos transponibles, los "genes saltadores" en el genoma ". La metilación también puede modificar la expresión génica, por ejemplobloqueando que un factor de transcripción aterrice en un promotor de genes y activándolo ", dijo Carol Huang, bióloga computacional en el Instituto Salk, que codirigió el estudio de epigenomas.
Los investigadores también encontraron que el genoma y el epigenoma interactúan estrechamente entre sí. "Hay genes que controlan el epigenoma en estas diversas plantas", explicó Ecker, "y las variantes de esos genes potencialmente alteran el epigenoma de una manera que ayuda allas plantas sobreviven mejor en un ambiente particular ". Taiji Kawakatsu, bióloga de plantas del Instituto Salk, que ahora trabaja en el Instituto Nacional de Ciencias Agrobiológicas en Japón, quien codirigió el trabajo agregó:" Esos genes también pueden desempeñar un papel en la generación de células.patrones de epigenoma específicos de tipo y diversidad de epigenoma entre especies "
Aunque los investigadores habían buscado antes tales asociaciones entre el genoma y el epigenoma, los estudios estaban limitados por tamaños de muestra más pequeños. "Con 1,000 accesiones, podemos medir cuánta variación de metilación puede explicarse por las variantes genéticas", dijo Eriko Sasaki, un genetista de poblaciones del Instituto Gregor Mendel en Austria, que codirigió el análisis de epigenomas: "Nos da un sentido mucho mejor, cuantitativamente, de la interacción entre la variación genética y la metilación".
Otra característica sorprendente que descubrieron fue que los genes involucrados en la inmunidad muestran más variación genética y epigenética que otras clases de genes. Los genes de inmunidad no solo tenían pequeñas mutaciones, sino también "estados epialélicos variables y están asociados con reordenamientos estructurales a gran escala y transponibleselementos ", dijo Florian Jupe, un biólogo de plantas en el Instituto Salk que co-dirigió el proyecto de epigenomas.
Los investigadores también notaron correlaciones de variantes genéticas y epigenéticas con el clima y la ubicación geográfica. Están trabajando para identificar qué genes y marcadores epigenéticos permiten que una variedad específica prospere en un entorno particular. Las plantas son probablemente uno de los mejores organismos paraadaptación del estudio: cuando las plantas se colocan en un nuevo entorno, tienen que adaptarse rápidamente, porque no tienen a dónde ir, explicó la investigadora del HHMI Joanne Chory, bióloga de plantas del Instituto Salk que no participó en el estudio. "Creo que las plantasson el único lugar donde realmente se puede mapear el genotipo con el fenotipo y la forma física. Es muy difícil hacerlo en humanos ... si pueden resolver esto en el mundo vegetal, será una gran contribución para comprender la vida multicelular en general ".Dijo Chory
El nuevo conjunto de datos también será una inspiración para los fitomejoradores, que generalmente se centran en los marcadores genéticos para seleccionar los genes de interés. "Los criadores podrían utilizar la información epigenética al igual que utilizan la información genética para seleccionar los rasgos; el poder de talahora se puede probar el enfoque ", dijo Ecker." Más allá de que los genes individuales sean útiles, la idea de que hay variantes epigenéticas que podrían seleccionarse es algo a lo que deben prestar atención ", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :