El pepino es un cultivo de gran importancia económica a nivel mundial, ocupando el tercer lugar entre las hortalizas más producidas, después del tomate y la cebolla. Sin embargo, la mejora de nuevas variedades —plantas más resilientes, con frutos mejor conformados o menos propensos a presentar cavidades internas— sigue siendo un enorme desafío.
Hasta hace poco, los científicos se habían centrado principalmente en pequeñas variaciones de una sola letra en el código genético, conocidas como SNPs. No obstante, un nuevo estudio publicado en Nature Genetics revela que variaciones genéticas de mayor tamaño, hasta ahora poco exploradas, han desempeñado un papel fundamental en la historia del pepino y son clave para su mejora futura.
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Un equipo de investigación liderado por el profesor Zhangjun Fei, del Boyce Thompson Institute (BTI), construyó un pangenoma basado en grafos, el mapa genético más completo del pepino creado hasta la fecha. A diferencia de los enfoques tradicionales que se apoyan en un único genoma de referencia, un pangenoma integra información genética de múltiples variedades. Este potente recurso, desarrollado a partir de 39 genomas de pepino de nivel de referencia, permitió identificar cerca de 172.000 "variantes estructurales" (SVs), es decir, reorganizaciones del ADN que han moldeado la evolución de este importante cultivo hortícola y que pueden tener efectos significativos en los caracteres agronómicos.
"Es la primera vez que podemos capturar el alcance completo de la variación genética en pepino con este nivel de detalle", explicó Fei. "El pangenoma nos permite visualizar estas SVs —grandes inserciones, deleciones y reorganizaciones del ADN— y comprender el profundo impacto que tienen en la biología y evolución del pepino".
El análisis reveló una historia genética llamativa. Durante la domesticación del pepino, el código genético experimentó una importante depuración. Mientras que mutaciones leves de una sola letra (SNPs) fueron toleradas y conservadas con frecuencia, las variantes estructurales más dañinas fueron eliminadas sistemáticamente, lo que sugiere que estas alteraciones de mayor tamaño representan un mayor riesgo para la salud de la planta.
El estudio también rastreó la expansión global del pepino, desde su origen en la India hasta su difusión por Asia, Europa y América. Durante esta expansión geográfica, se acumularon SNPs ligeramente perjudiciales —un fenómeno conocido como "carga de expansión"—. Sin embargo, las variantes estructurales siguieron un patrón opuesto: continuaron siendo eliminadas con el tiempo y las SVs restantes son, en general, más recientes que los SNPs. En conjunto, estos patrones indican una presión selectiva más fuerte y sostenida contra los grandes cambios genéticos.
La investigación también identificó flujo génico desde poblaciones silvestres de pepino hacia variedades europeas. Aunque esta introgresión pudo haber introducido rasgos beneficiosos, también arrastró variantes estructurales perjudiciales que "viajaron" junto con genes favorables.
"Se trata de un hallazgo crucial para la mejora genética moderna", afirma Fei. "Demuestra que cuando los obtentores incorporan rasgos valiosos de parientes silvestres, como la tolerancia a la sequía, pueden introducir inadvertidamente una carga genética oculta. Nuestro trabajo ofrece un recurso que ayudará a los mejoradores a identificar y eliminar ese lastre".
Estos resultados tienen implicaciones prácticas inmediatas para la mejora del pepino. El equipo demostró que al incorporar información sobre la carga de variantes estructurales potencialmente dañinas presentes en cada accesión dentro de los modelos de predicción genómica, se mejora la capacidad de anticipar caracteres clave como la forma del fruto o la aparición de cavidades internas. Esto podría permitir el desarrollo más eficiente de nuevas variedades.
Las implicaciones van más allá del pepino. Las técnicas desarrolladas en este estudio podrían aplicarse a otras especies, ayudando a comprender mejor la diversidad genética y acelerando el desarrollo de cultivos con mayor rendimiento, calidad y tolerancia al estrés.
La investigación fue financiada por el USDA National Institute of Food and Agriculture a través de la Specialty Crop Research Initiative, en el marco del proyecto CucCAP.
Fuente: btiscience.org
