Se publicará un nuevo genoma de referencia mucho más detallado para el maíz, o maíz, como se le llama en los EE. UU. Naturaleza . En su contabilidad de la secuencia de letras de ADN en los 10 cromosomas de la planta, la nueva versión nos ayuda a comprender como nunca antes por qué el maíz, y no otra planta, es hoy el cultivo más productivo y ampliamente cultivado en el mundo.
Entre muchas otras cosas, la nueva secuencia revela que los individuos de maíz son mucho, mucho menos parecidos a nivel del genoma que las personas.
"Nuestro nuevo genoma para el maíz muestra cuán increíblemente flexible es esta planta, una característica que se deduce directamente de la forma en que se organiza su genoma", dice Doreen Ware, Ph.D., del Laboratorio Cold Spring Harbor CSHL y los Estados Unidos.Departamento de Agricultura, que dirigió científicos en siete instituciones académicas y varias compañías de tecnología genómica en el proyecto.
Esta flexibilidad no solo ayuda a explicar por qué el maíz ha tenido tanto éxito desde su adaptación por los agricultores hace miles de años, sino que también es un buen augurio para su capacidad de crecer en nuevos lugares a medida que cambia el clima de la Tierra, y para aumentar la productividad de la planta y la sostenibilidad ambientalen los Estados Unidos y en el extranjero.
El genoma del maíz es grande, pero su tamaño no es realmente el responsable de lo que los científicos llaman la "plasticidad fenotípica" de la planta, es decir, el rango potencial en su capacidad de adaptación. Al tratar de determinar qué posibilidades hay disponibles para una plantacuando se adapta a condiciones nuevas o cambiantes, es tanto el contexto en el que los genes se activan o silencian como la identidad de los genes mismos lo que determina lo que el conjunto total de genes permite que una planta haga, explica Ware.
Es precisamente este contexto de actividad génica, variaciones en la forma en que los genes de la planta están regulados en diferentes individuos de la especie, lo que el nuevo genoma está sacando a la luz. Al ensamblar un genoma de referencia muy preciso y muy detallado para un importantelínea de maíz llamada B73, y luego comparándola con mapas del genoma para individuos de maíz de otras dos líneas W22 y Ki11, cultivadas en climas diferentes, el equipo de secuenciación llegó a una realización sorprendente.
"Los individuos de maíz son mucho, mucho menos parecidos a nivel del genoma que las personas, por un lado", dice Ware. Los mapas del genoma de dos personas coincidirán cada uno con el genoma humano de referencia en alrededor del 98% de las posiciones del genoma.Los humanos son prácticamente idénticos, en términos de genoma ". Pero hemos encontrado que dos individuos de maíz, de las líneas W22 y Ki11, se alinean con nuestro nuevo genoma de referencia para el maíz B73 solo 35%, en promedio. Su organización genómica es¡increíblemente diferente! "
Esta diferencia entre los individuos de maíz es un reflejo "no solo de los cambios en la secuencia de los genes mismos, sino también de dónde y cuándo se expresan los genes, y en qué niveles", explica Yinping Jiao, Ph.D., investigador postdoctoralen el laboratorio Ware y primer autor del artículo que anuncia el nuevo genoma.
Es posible centrarse en estas variaciones en la expresión génica con un detalle sin precedentes en la nueva secuencia del genoma de referencia. El primer genoma de referencia para el maíz, completado en 2009, fue un hito importante, pero debido a la tecnología ahora obsoleta, produjo unEl "texto" final del genoma se parece más a una versión de lectura rápida que a una adecuada para leer de cerca, dice Ware.
La secuencia de 2009 tendió a perder dos cosas. La llamada tecnología de secuenciación de primera generación no pudo resolver la gran cantidad de secuencias repetitivas en el genoma del maíz, y tendió a perder un número significativo de espacios entre genes. Debido a que muchas piezas pequeñastuvieron que unirse para formar un todo, fue particularmente difícil capturar con precisión los muchos lugares en el maíz donde las letras de ADN forman largas secuencias repetidas. Las secuencias repetidas son especialmente importantes en el maíz, debido a la forma particular en que su genoma evolucionó durante millones de años..
La nueva secuencia hace uso de lo que los biólogos llaman secuenciación de lectura larga, que, como su nombre indica, ensambla un genoma completo de muchas menos piezas, alrededor de 3.000 en comparación con las más de 100.000 piezas más pequeñas que se necesitaron para construir la referencia de 2009genoma. La nueva tecnología también es mucho más barata; el esfuerzo recién completado costó alrededor de $ 150,000, en comparación con más de $ 35 millones para su predecesor.
La tecnología de lectura larga, al brindar a los científicos una vista granular del espacio entre los genes en el maíz, arroja luz reveladora sobre cómo se regulan esos genes, ya que los elementos reguladores a menudo se ubican físicamente en regiones justo arriba o abajo de los genes.
Ayuda para criadores
"Debido a su increíble plasticidad fenotípica", concluye Ware, "hay muchas más combinaciones disponibles para esta planta. ¿Qué significa esto para la reproducción? Significa que tenemos una variación muy grande en el componente regulador de la mayoría de los genes de la plantaTienen una gran capacidad de adaptación más allá de lo que vemos que hacen ahora. Eso tiene enormes implicaciones para el cultivo de maíz a medida que aumenta la población y el clima experimenta un cambio importante en el período inmediatamente anterior ".
La resolución de los espacios entre genes del nuevo genoma, regiones "intergénicas", también permite leer historias detalladas de los "textos" de genomas de diferentes individuos de maíz. "Queremos entender cómo evolucionó el genoma del maíz".Ware dice: "para poder observar el genoma en un individuo y hacer que nos cuente una historia. ¿Por qué cambia la expresión de un gen dado y bajo qué circunstancias?"
Considere, por ejemplo, el impacto de los transposones: fragmentos de ADN que saltan en los genomas. Esto ahora se puede evaluar con una especificidad que no era posible previamente. Los transposones, que están presentes en todos los genomas, se vieron y describieron por primera vez en el maíz enDécada de 1940 por la Premio Nobel CSHL Barbara McClintock.
El nuevo genoma de referencia ayuda a los científicos a comprender cómo la historia y la estructura del genoma del maíz han sido determinadas por la acción de los transposones más que en la mayoría de las plantas. Cuando "saltan" a una posición dentro de un gen, el gen puede verse comprometido por completoOtras veces, si un transposón ha saltado a una posición justo antes o después de que un gen pueda determinar cuándo y cuánto se expresa.
Si bien el fenómeno de los "genes saltadores" se ha entendido durante décadas, su impacto en diferentes individuos en varias líneas de maíz proporciona precisamente el tipo de información que puede ayudar a explicar el éxito evolutivo de la planta.
La plasticidad genómica de la planta también es una bendición para los obtentores. "La diversidad en el maíz es la base de recursos para el mejoramiento", dice Jiao. "Es la clave para hacer un mejor maíz y más, en el futuro".
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Materiales proporcionado por Laboratorio Cold Spring Harbor . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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