Seqüenciat el genoma de lʼalvocat amb la participació dʼexperts de la UB i de lʼIRBio

En el treball hi participen experts de prop dʼuna vintena dʼinstitucions dʼarreu del món, sota la direcció dels investigadors Luis Herrera-Estrella (Centre dʼInvestigació i dʼEstudis Avançats, Irapuato, Mèxic) i Victor A. Albert, de la Universitat de Buffalo (Nova York, Estats Units).

Lʼalvocat, lʼor verd de lʼagricultura mundial

Des de fa temps, el consum dʼaquest fruit tropical del gènere Persea —cultivat a lʼAmèrica del Sud des de lʼèpoca precolombina— sʼha incrementat a escala mundial i ha generat un gran interès econòmic en el mercat internacional. Lʼequip de recerca ha seqüenciat els genomes de dues varietats de planta de lʼalvocat, en concret la varietat mexicana (Persea americana var. drymifolia) i la varietat híbrida comercial, de cultiu més popular (Persea americana Mill. cv. Hass).

El genoma dʼaquesta planta tropical —organitzat en dotze cromosomes segons se sabia fins ara— té una grandària dʼuns 920 Mb, amb petites variacions entre les varietats estudiades, apunta el nou estudi. «Lʼelement més rellevant de lʼestructura genòmica de lʼalvocat és la seva història de duplicacions completes del genoma», detalla Julio Rozas, catedràtic de Genètica i codirector, juntament amb el professor Alejandro Sánchez-Gracia, del Grup de Recerca en Genòmica Evolutiva i Bioinformàtica del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la UB i de lʼIRBio.

En concret, els experts han comparat la relació de sintènia —ordre en què els gens estan conservats i posicionats en els cromosomes— entre els genomes de lʼalvocat i de lʼespècie Amborella trichopoda Baill 1869. Aquesta espècie, una planta arbustiva endèmica de Nova Caledònia, és considerada com lʼúnic representant actual del llinatge més primitiu de les plantes amb flor o angiospermes. En aquesta angiosperma primitiva no hi ha indicis de duplicacions genòmiques completes, i per això és la referència en lʼestudi de lʼevolució per duplicació genòmica de totes les altres plantes amb flor.

Duplicacions en tàndem i resistència a lʼatac dels patògens

Tal com apunten els resultats, «per a una mateixa regió del genoma analitzada, hi ha quatre còpies de fragments genòmics en el cas de lʼalvocat i una sola còpia en Amborella. Aquest fet suggereix que el genoma de lʼalvocat ha experimentat dos processos de duplicació completa del seu genoma», explica lʼinvestigador Alejandro Sánchez-Gracia (UB-IRBio).

Aquestes duplicacions en tàndem recents estan implicades en respostes metabòliques dʼadaptació de lʼalvocat a lʼatac de patògens fúngics, apunten els autors. «En paral·lel, aquelles duplicacions que es van originar durant les duplicacions completes del genoma —i que encara es mantenen a causa de la selecció natural— sembla que estan implicades en aspectes bàsics de la fisiologia i del desenvolupament de la planta», indica Sánchez-Gracia.

Descobrint lʼarbre filogenètic de les plantes angiospermes

Encara avui en dia hi ha moltes incògnites sobre lʼorigen i lʼevolució de la planta de lʼalvocat, una espècie que pertany al grup de les magnòlies. El nou treball perfila ara un nou escenari per conèixer la seva posició filogenètica en lʼarbre evolutiu de les angiospermes, en especial en relació amb algunes espècies eudicotiledònies de gran interès econòmic en lʼagricultura mundial com el cafè (Coffea), el tomàquet (Solanum) o la vinya (Vitis), que comparteixen més components genètics entre si que amb lʼalvocat.

En aquest grup de plantes, el procés de diversificació va ser molt ràpid i això ha dificultat les anàlisis filogenètiques a gran resolució sobre aquestes espècies. Mitjançant una exhaustiva anàlisi filogenòmica de dinou espècies dʼangiospermes —amb diferents marcadors moleculars—, el nou treball revela que la planta de lʼalvocat és una espècie germana tant de monocotiledònies com dʼeudicotiledònies (cafè, tomàquet i vinya).

«Els únics components genètics que comparteixen en comú totes aquestes espècies serien aquells que defineixen totes les angiospermes i les diferencien de les gimnospermes i les plantes sense llavor», subratlla lʼinvestigador Pablo Librado, exdoctorand de la Universitat de Barcelona i coautor de lʼestudi, i actualment membre del Centre de Geogenètica de la Universitat de Copenhaguen i del Museu dʼHistòria Natural de Dinamarca.

De les llibreries genòmiques al programari bioinformàtic creat a la UB

Per a la seqüenciació de la varietat mexicana, sʼhan emprat diferents llibreries genòmiques i tecnologies de seqüenciació, com ara el vector de clonació cromosoma artificial bacterià (BAC), o la plataforma HiSeq, dʼIllumina, que faciliten una gran cobertura del genoma estudiat. En la varietat Hass, es va emprar la metodologia de seqüenciació de PacBio (single-molecule real-time, SMRT) a partir dʼADN de molt alta qualitat i grandària.

Lʼanàlisi poblacional basada en lʼestudi dels polimorfismes dʼun sol nucleòtid (SNP) també ha permès detallar la composició genètica i la història de la varietat comercial Hass, que és el resultat de la introgressió de material genètic dʼorigen guatemalenc per encreuament selectiu en el fons genòmic de la varietat mexicana.

En el marc del treball, els experts UB-IRBio han dut a terme anàlisis de caràcter filogenòmic, que consistien a determinar gens ortòlegs de còpia única i els arbres amb informació de seqüències dʼaminoàcids i de nucleòtids codificants per a aquest grup de gens. Bona part del seu treball també sʼha centrat a analitzar la dinàmica sobre lʼorigen i la pèrdua de gens a través de BadiRate, un programari bioinformàtic desenvolupat a la UB per Julio Rozas i Pablo Librado.

Millorant la productivitat agrícola en cultius arreu del món

El nou estudi aporta una nova perspectiva imprescindible per fer estudis dʼassociació al llarg del genoma de lʼespècie i per trobar els gens i les diferents variants genètiques que determinen les característiques més rellevants per a lʼeconomia i la productivitat de les explotacions agrícoles.

En aquest context, el Grup de Recerca en Genòmica Evolutiva i Bioinformàtica de la UB ha desplegat diverses col·laboracions científiques amb lʼequip del professor Victor A. Albert, entre les quals destaca el treball que va identificar els canvis genètics que han permès lʼadaptació a la dieta carnívora en diferents plantes (Nature Ecology & Evolution, 2017), un procés evolutiu que sʼha repetit de manera independent en diverses espècies utilitzant les mateixes solucions moleculars.

Cal recordar també que lʼequip dʼexperts UB-IRBio ha tingut una destacada participació en la seqüenciació del genoma dʼorganismes tan diferents com la paparra (Ixodes scapularis), el centpeus (Strigamia maritima), el cafè (Coffea canephora) i el poll del cos humà (Pediculus humanus humanus), entre altres.