Los pepinos, alimento básico de ensaladas y sándwiches en verano, son un valioso cultivo comercial. Pero también desempeñan un papel menos conocido como valiosas plantas modelo que ayudan a los investigadores a ampliar los límites de los descubrimientos genómicos.
Una investigación conjunta del Centro John Innes y la Academia China de Ciencias Agrícolas (CAAS) utilizó una serie de experimentos y análisis genómicos para estudiar las diferencias entre los pepinos silvestres y sus parientes domésticos a nivel molecular.
Se centraron en la genética que sustenta el alargamiento del fruto en los pepinos domésticos, que son más largos que sus parientes silvestres, rechonchos y de sabor amargo. Sus hallazgos arrojan luz sobre un campo cada vez más importante de la genética y pueden permitirnos obtener cultivos más grandes y productivos con mucha más precisión y variedad.
Gran parte del fitomejoramiento moderno se centra en las mutaciones de las secuencias de ADN que codifican las proteínas, las máquinas celulares que producen rasgos en el campo, como frutos largos o cortos, sabores amargos o dulces y semillas redondas o arrugadas. Pero estos genes que codifican proteínas sólo representan una pequeña proporción del genoma. Los investigadores utilizan cada vez más herramientas modernas para explorar secuencias de ADN que no codifican proteínas.
Las mutaciones sinónimas, antes conocidas como mutaciones silenciosas, son un ejemplo de regiones no codificantes del genoma que atraen cada vez más el interés de los biólogos.
Estudios anteriores han demostrado que desempeñan un papel en las funciones celulares, pero hay pocas pruebas de que configuren rasgos biológicos en un organismo pluricelular.
En este estudio, que se publica en la revista Cell, los investigadores estudiaron cómo las mutaciones silenciosas podrían influir en los rasgos al alterar la estructura y función del ARN, una molécula que se encuentra en las células.
Con la ayuda de un mapa de variación genómica basado en poblaciones de pepino, se identificó la longitud del fruto como un rasgo clave de domesticación del pepino. A continuación, el equipo de investigación utilizó análisis moleculares y genéticos para revelar el mecanismo preciso que conduce a la elongación del pepino.
Demostraron que una única mutación sinónima en un gen era un factor clave en el alargamiento del fruto durante la domesticación del pepino, lo que hacía que los frutos crecieran hasta un 70% más.
Lo más importante es que la mutación no conduce a la producción de una proteína, como ocurre con la mayoría de los rasgos agrícolas y biológicos importantes. En su lugar, el gen actúa sobre una molécula diferente, el ARN, remodelándola y reprimiendo la producción de la proteína que en el pepino silvestre da el rasgo "corto".
"Un minúsculo cambio 'silencioso' en un gen del pepino -que antes se consideraba inocuo- es la clave para que los pepinos modernos sean más largos", explica Yueying Zhang, investigadora postdoctoral del Centro John Innes y primera autora del estudio.
"Sorprendentemente, esta mutación silenciosa, que durante mucho tiempo se consideró biológicamente neutra, modificó la regulación del ARN y contribuyó directamente al desarrollo de un rasgo domesticado", añadió Zhang.
Los resultados aportan información valiosa a los programas de mejora de cultivos y ofrecen posibles vías para la ingeniería de rasgos en el futuro. Este estudio es especialmente relevante para rasgos como el tamaño del fruto, que son cruciales para mejorar el rendimiento de los cultivos y obtener beneficios comerciales para los agricultores.
El estudio también allana el camino para más investigaciones sobre sitios sinónimos, utilizando técnicas de mejora de cultivos de precisión como la edición de genes para mejorar rasgos en el campo en toda una serie de cultivos.
Esta investigación pionera ha sido fruto de la colaboración entre el grupo del profesor Yiliang Ding, del John Innes Centre (Reino Unido), y equipos dirigidos por el profesor Xueyong Yang, del Instituto de Hortalizas y Flores, y el académico Sanwen Huang, FRS, Presidente de la Academia China de Ciencias Agrícolas (CAAS). El estudio fue iniciado y dirigido por la CAAS, y el grupo del profesor Ding aportó conocimientos fundamentales sobre la estructura del ARN y la regulación de la traducción.
Puede leer el estudio completo en el siguiente enlace
Fuente: Centro John Innes