Fecha: 30/05/2016

La identificación de genes en la mejora del siglo XXI: el impulso de la secuenciación de nueva generación

En el campo de la mejora de cultivos, es fundamental identificar los genes que son responsables de caracteres de interés agronómico. Algunos de estos aumentan el rendimiento obtenido en campo, mientras que otros dotan a las plantas de una mayor estabilidad; por ejemplo, a través de la tolerancia a cambios ambientales de una temporada a otra. Muchos de estos genes son localizados de forma aproximada gracias a los estudios genéticos en poblaciones de plantas. Estas últimas descienden del cruzamiento entre parentales que contrastan para el carácter de interés. Por ejemplo, una planta resistente a la infección por un hongo cruzada con otra planta que es susceptible a él. Una vez que se conoce la localización aproximada del gen de interés, comienza un proceso arduo para tratar de identificar al gen responsable, entre otros muchos que se encuentran en la misma región del genoma.

Las tecnologías de secuenciación masiva, conocidas por sus siglas en inglés como NGS (Next-Generation Sequencing), están suponiendo una revolución en muchos campos de investigación en Biología. El mapeo fino de genes (su identificación), también se beneficia de estas técnicas, ya que permiten caracterizar de forma rápida muchos individuos, con una resolución sin precedentes. Sin embargo, algunas especies de plantas (como el trigo, la cebada o el centeno) tienen genomas de tamaños enormes, por lo que no resulta efectivo secuenciarlos completamente. Para solventar este problema, han surgido distintas formas de usar las tecnologías de secuenciación masiva. Una de ellas, conocida como captura de exoma, permite separar los segmentos de ADN que codifican genes de los que no, evitando invertir recursos en secuenciar estos últimos.

El trabajo que aquí se reseña describe los avances en el mapeo fino para identificar un gen de resistencia a oídio en una variedad tradicional de cebada. Para ello, se creó una población de alta resolución, esto es, se estudiaron un gran número de líneas derivadas del cruce de esa variedad resistente con otra susceptible. En dicha población se identificaron tanto líneas resistentes como susceptibles al hongo, pero que mostraban diferencias en la región del genoma donde se debe encontrar el gen responsable (Fig 1).

     
   
Fig 1. Cada columna corresponde a una línea que desciende del cruzamiento de la línea resistente con otra susceptible. Cada fila es un marcador genético en la zona donde se encuentra el gen de resistencia. En gris, marcadores para los que cada línea es como el parental resistente. En blanco, marcadores para los que cada línea es como el parental susceptible. Las 3 líneas en negrita (2 resistentes y 1 susceptible) fueron secuenciadas mediante captura de exoma.


Dichas líneas fueron secuenciadas mediante captura de exoma, lo cual permitió delimitar la posición del gen responsable a una zona muy concreta del genoma (Fig 2), ocupada por un grupo de genes de una familia (NBS-LRR) que están relacionados con la resistencia de las plantas a diversos patógenos. Sin embargo, a veces las diferencias entre el ADN de varios individuos no reside en las diferencias puntuales entre sus genes, sino en la presencia o ausencia de estos en sus genomas. El análisis de la captura de exoma apunta a que el gen responsable de la resistencia a oídio podría estar presente solamente en los individuos resistentes, lo que imposibilitó su identificación definitiva.

   

Fig 2. Genotipo de las líneas a lo largo de la zona donde se encuentra el gen. En naranja, genotipos como los del parental resistente. En verde, genotipos como los del parental susceptible. La captura de exoma permite reducir la zona de búsqueda al punto donde se unen ambos genotipos (punto 211721 dentro del recuadro).

 

Gracias a la población de individuos de alta resolución y a la secuenciación del exoma de varios individuos, futuros trabajos se beneficiarán de la posibilidad de concentrarse en un segmento específico del genoma y de considerar la naturaleza del gen responsable de la resistencia.

Cantalapiedra CP, Contreras-Moreira B, Silvar C, Perovic D, Ordon F, Gracia MP, Igartua E, Casas A. (2016) A cluster of NBS-LRR genes resides in a barley powdery mildew resistance QTL on 7HL. Plant Genome 9 (2): 1-14. DOI: 10.3835/plantgenome2015.10.0101 

 

 

publicado en ACCESO ABIERTO

 

 

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