Nuevos genomas de plantas secuenciados
En lo que va
de año 2014 se han publicado las secuencias completas de otros tres nuevos
genoma de plantas: el del pino taeda, secuenciado por un consorcio de
diferentes universidades de Estados Unidos, el de la remolacha azucarera,
secuenciado por un consorcio de centros de investigación europeos que incluye
institutos alemanes, suecos y dos centros de investigación de Barcelona, el
Centro de Regulación Genómica (CRG) y la Universidad Pompeu Fabra, y, por
último, se ha publicado la secuenciación del genoma del sésamo, en este caso
por un consorcio de instituciones que incluye grupos de investigación chinos,
daneses, indios y mexicanos.
De todos
ellos quizás el que más llama la atención es la secuenciación del genoma del
pino taeda debido a que se trata del genoma más grande secuenciado hasta el
momento, 7 veces mayor que el genoma humano. Este tipo de pino es uno de los
más abundantes en norteamérica y su madera es muy usada para la fabricación de
papel. También existen investigaciones en curso para intentar fabricar
biocombustibles a partir de su madera. El conocimiento de su genoma ayudará a
los investigadores en los programas de mejora genética de esta especie.
La
secuenciación de este enorme genoma ha constituído todo un reto tecnológico,
Hay que tener en cuenta que los actuales métodos de secuenciación únicamente
permiten obtener secuencias relativamente cortas que después se han de ir
ensamblando para reconstruir la secuencia entera del genoma. En este caso, las
secuencias que han sido necesarias ensamblar han sido 16 billones... un gran
puzle. para complicarlo más, una gran proporción de estas secuencias son lo que
se conoce como secuencias repetidas, es decir, una misma secuencia presente en
miles de copias en el genoma, lo cual dificulta aún más el ensamblado del
puzle. Concretamente, el 82% del genoma del pino taeda está constituído por
estas secuencias repetidas.
¿Para qué va
a servir esta secuencia? Por ejemplo, ha servido para identificar un gen que
confiere resistencia a uno de los hongos más virulentos que afecta a esta
especie, la roya fusiforme o Cronartium
quercuum. De esta manera se pueden llevar a cabo programas de mejora que
seleccionen los árboles que contienen la forma activa de este gen, lo cual
puede ahorrar mucho tiempo y dinero a los mejoradores. Otros aspectos que
pueden beneficiarse de la mejora son la velocidad de crecimiento, la calidad de
la madera, la tolerancia a estreses ambientales, etc.
Una curiosidad a
cerca del pino taeda se refiere a su distribución geográfica actual. Este árbol
crece mejor en sitios húmedos, aunque puede crecer también en áreas secas. Sin
embargo, debido al alto contenido de resina de su madera es muy sensible al
fuego, más que otras especies de pinos, por lo que antes de la llegada del
hombre su distribución en Norteamérica se limitaba a las zonas húmedas,
mientras que en las zonas más al sur predominaban otras especies de pino como
el pino de hoja larga (Pinus palustris). Dos factores ayudaron a establecer el
predominio de Pinus taeda en estas áreas. En primer lugar, el pino taeda es
capaz de colonizar campos de cultivo abandonados mucho más rápido que otras
especies por lo que también se le conoce en Estados Unidos como pino
"oldfield", es decir, pino "campo viejo". En segundo lugar,
la mejora en las técnicas de prevención y extinción del fuego ayudó al pino
taeda a prosperar.
El segundo
genoma secuenciado es el de la remolacha azucarera, planta responsable de la
producción del 30% del azúcar
mundial, y que se utiliza además
para fabricar piensos animales y para
producir bioetanol. La historia de la utilización de la remolacha como fuente
de azúcar es muy curiosa y tiene que ver con los imperios coloniales de las
potencias europeas y con Napoleón, especialmente. En la antiguedad si alguien
quería endulzar un plato en Europa solamente podía utilizar miel. Los árabes en
el siglo VII llegan hasta la región del Tigris y el Eufrates y descubren la
cañande azúcar, cultivo que extienden a Siria, Egipto y Norte de África. A
Europa este azúcar de caña llega a través de Al Andalus y de los comerciantes
venecianos, pero como mercancias de lujo. Con
la colonización se empieza a cultivar caña en las colonias de América y Asia a
gran escala, por lo que el precio del azúcar disminuye y acaba siendo casi la
única fuente comercial de azúcar hasta el siglo XIX.
A principios del
siglo XVIII un francés llamado Olivier Serrés descubre que la remolacha
contiene cantidades considerables de azúcar, pero como en ese momento el azúcar
de la caña era mucho más barata su descubrimiento pasa desapercibido. En 1745
Federico el Grande de Prusia, a fin de no estar obligado a depender de las
importaciones de azúcar de caña dominadas por franceses e ingleses, ordenó a
los más famosos químicos de su reino que investigasen formas alternativas de
obtener azúcar. Poco después Andreas Margraff, un químico de Berlín, desarrolla
un proceso para extraer y solidificar el azúcar de la raíz de remolacha. Sin
embargo, tras la paz de Aquisgrán, las relaciones comerciales ruso-inglesas
mejoraron mucho por lo que los ingleses inundaron el mercado ruso de azúcar de
caña a precios mucho más baratos que los que permitía la remolacha, así que
ésta volvió a quedar abandonada.
A comienzos del siglo
XIX las colonias americanas eran las más
importantes productoras mundiales de azúcar de caña; su lucha independentista creó un serio problema
para el abastecimiento europeo. Cuando en 1804 Haití, el primer productor
mundial de caña de azúcar, se independizó de Francia, Napoleón ofreció un
premio para quien proporcionase una solución al grave problema del suministro
de azúcar a Francia. Entonces el empresario Benjamin Delessert volvió a
proponer la producción del azúcar de remolacha, cosa que en esta ocasión si fue
tomada en consideración. Napoleón impulsó el cultivo de la remolacha y concedió
a Benjamin Delessert la Legión de Honor y, posteriormente, Bonaparte le nombró
barón del Imperio. Los incentivos de Napoleón y las mejoras técnicas en la
extracción de azúcar, impulsadas más tarde por la Revolución Industrial, han
hecho en la actualidad de la remolacha uno de los cultivos económicamente más
importantes.
Volviendo al genoma,
la secuencia podrá permitir mejoras en los programas de selección genética de
esta planta incluyendo la mejor caracterización de los genes implicados en la
síntesis y acumulación del azúcar y también los que proporcionan resistencia a
la planta frente a patógenos o inclemencias climáticas.
La remolacha es la
primera planta cariofilácea cuyo genoma es secuenciado. Las Cariofiláceas
comprenden unas 12.000 especies entre las cuales se encuentran algunas
cultivadas como la espinaca, la quinoa o el clavel, además de la remolacha.
El estudio
recientemente publicado incluye la secuenciación de 4 variedades de remolacha,
lo cual permite tener una mejor visión de la variabilidad de esta especie. Esto
a permitido descubrir 7 millones de posiciones en el genoma que presentan
variaciones. Sin embargo, estas variaciones no están distribuídas por igual en
todo el genoma y los investigadores proponen que estas diferencias son debidas
a que la domesticación de la remolacha tuvo lugar muy recientemente y ha sido
muy extensiva. Así pues, regiones del genoma responsables de caracteres
interesantes para el hombre no han sufrido a penas variaciones entre las
variedades mientras que el resto si ha variado mucho. Además, como ya se ha
observado anteriormente en la viña o el maíz, hay variedades que contienen
genes que no están presentes en las demás. En concreto, se
han identificado 271 genes de este tipo.
El tercer
genoma que se ha secuenciado recientemente es el del sésamo, también conocido
como ajónjoli. Esta última palabra proviene del árabe y viene a significar algo
así como repiqueteo, ya que las semillas maduras quedan sueltas dentro de una
cápsula y al agitarlas suenan de manera similar a una maraca. Las semillas son
muy ricas en aceite, más que por ejemplo la colza, la soja el cacahuete o la
oliva, y además de ellas se extrae una substancia denominada sesamina, producto
que, supuestamente, tiene efectos beneficiosos para la salud. En algunos países
orientales y americanos se prepara con él una bebida similar a la horchata, que
toman las mujeres para favorecer la secreción láctea cuando amamantan.
Un resultado
interesante obtenido de esta secuencia es que no presenta una clase de genes
denominados Toll/interleukin-1 que en otras plantas son genes implicados en la
respuesta a patógenos. Dado que estas plantas sobreviven sin ellos quiere decir
que han desarrollado un mecanismo diferente, y desconocido, de resistencia a
los patógenos que puede ser muy interesante conocer. En este caso los
investigadores han secuenciado 29 líneas diferentes de sésamo procedentes de 12
países. Esto ha permitido correlacionar las variantes de los genes con el mayor
o menor contenido en aceite.
El sésamo
sobre todo conocido en nuestro país debido al cuento de Ali Babá y los cuarenta
ladrones, perteneciente a Las mil y una noches. Alí Babá, un pobre leñador de
Arabia, oye por casualidad a una gran banda de ladrones (cuarenta en total)
visitando el escondite de su tesoro en el bosque en el que cortaba madera. El
tesoro de los ladrones está en una cueva cuya boca queda sellada mágicamente:
se abre con las palabras «Ábrete, Sésamo» y se cierra con «Ciérrate, Sésamo».
Cuando los ladrones se marchan, Alí Babá entra en la cueva y se lleva parte del
tesoro a casa. Parece ser que este cuento estaría basado en una historia real
que sucedió en Sudán. El rey de Sudán Alí Babá rehusaba pagar impuestos al
califa de Bagdad. El rey rebelde mandó cerrar todas las minas de oro de las
montañas (las cuevas) y detenía a todos los funcionarios que iban a la zona y
que no iban de su parte (no conocían las palabras mágicas). Hay que tener en
cuenta que de Sudán procedía el 60% del oro que llegaba a Bagdag así que la
cosa acabó con una invasión por parte de Bagdag. Alí Babá fue llevado a Bagdad
donde entregó todo el oro escondido. La gran cantidad de oro confiscada como el
depuesto rey y sus cómplices (los 40 ladrones) fueron expuestos públicamente
tanto en la mayoría de las grandes ciudades del Imperio. El espectáculo debió
ser tan impresionante que quedo en la cultura popular en forma de cuento.
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