La mejora vegetal en cultivos puede contribuir frente al cambio climático.

Un estudio sobre la genética del tomate arroja luz sobre la evolución de las plantas

En el reciente 207 cumpleaños de Charles Darwin, un nuevo estudio sobre la evolución de un grupo diverso de tomates silvestres arroja luz sobre la importancia de la variación genética en las plantas.

El trabajo, publicado en la revista PLoS Biology, utiliza la secuenciación de todo el genoma para revelar detalles acerca de los mecanismos evolutivos que llevaron a la divergencia genética en 13 especies de tomates silvestres que comparten un ancestro común reciente.

El primer autor del estudio es la Universidad de Michigan, el estudiante postdoctoral James Pease, quien llevó a cabo el trabajo para su tesis doctoral en la Universidad de Indiana. El análisis genético en profundidad fue llevado por Leonie Moyle.

«Este estudio revela nuevos detalles sobre los mecanismos genéticos complejos que de forma inesperada impulsan la diversificación de las especies de plantas», dijo Moyle, quien condujo la investigación como investigador principal.

«La gran diversidad biológica que observamos en las especies de tomate no fue el resultado de un factor simplemente evolutivo o del medio ambiente. Es el resultado de un complejo conjunto de recursos genéticos que podemos distinguir con los datos genómicos a gran escala», dijo Pease, quien se unió a la Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la UM en junio de 2015.

La investigación puede contribuir a los esfuerzos futuros para crear plantas de cultivo más resistentes al cambio climático, resistencia frente plagas o clima adverso utilizando métodos de mejora vegetal en lugar de la ingeniería genética.

Se utilizaron tomates para el estudio, ya que son un grupo diverso de plantas desde el punto vista ecológico y reproductivo, dijo Moyle, que formó parte de un equipo de investigadores que visitó Ecuador en de mayo de 2014 para recoger diferentes variedades de tomates nativas de los Andes, un lugar destacado desde el punto de vista de la biodiversidad.

En su momento Darwin también observó en las Islas Galápagos de Ecuador distintos tipos de tomates silvestres entre sus cientos de especies de plantas y animales recogidos por el naturalista británico durante su viaje al archipiélago en 1835.

«Casi 200 años más tarde, estas plantas son todavía importantes revelando nuevos conocimientos sobre la evolución», dijo Moyle.

El estudio pudo aclarar las relaciones genéticas y evaluar el flujo de genes entre estas especies de plantas silvestres-, así como revelar la raíz genética de distintas adaptaciones ambientales específicas.

«A pesar de las especies silvestres de tomate que viven en los desiertos más secos en la tierra, o en lo alto de las montañas de los Andes, son muy diferentes en muchos de sus rasgos de los tomates domesticados que comemos hoy, son sorprendentemente similares a nivel genómico,» Pease dijo.

El equipo encontró evidencia para apoyar tres principales estrategias genéticas detrás de la capacidad del tomate para adaptarse rápidamente a los cambios ecológicos: el reclutamiento de los genes de un fondo común ancestral, de los intercambios de genes entre especies a través de una forma de cruzamiento natural llamada introgresión, y la acumulación rápida de nuevas mutaciones genéticas.

Esta última categoría se destacó por el sorprendente número de nuevas mutaciones en los genes que se encuentran en los tomates. De los cuatro grupos principales de tomates silvestres en el estudio, los científicos descubrieron cientos o miles de genes con cambios codificantes de proteínas que eran únicos para cada uno de estos ecológicamente diversos subgrupos.

Todas las especies en el grupo de los parientes más cercanos «-rojas de fruto» de los cambios compartida tomate-domesticados en 10 enzimas en la ruta química responsables de hacer el pigmento rojo de los frutos maduros, por ejemplo. Otras variaciones genéticas específicas dieron lugar a diferencias más extremas, las especies productoras de tomate capaces de sobrevivir en una amplia variedad de entornos.

«Los rasgos de diversas y complejas que difieren entre las especies silvestres de tomate, y entre estas plantas y tomates domesticados, han sido capaces de evolucionar muy rápidamente haciendo uso de al menos tres tipos de variación genética: diversidad de sus antepasados, el comercio de genes entre especies y nueva cambios evolutivos «, dijo Pease.

Un mayor conocimiento acerca de cómo estos pequeños cambios en la diversidad genética crear grandes diferencias en las especies eventualmente podría conducir a la capacidad de identificar los genes específicos responsables de ciertos rasgos deseables tales como resistencia a plagas o resistencia muchos de los cuales se puede haber perdido debido a las prácticas de cría históricos .

«Hay un montón de rasgos potencialmente útiles de tomates silvestres», dijo Moyle. «Nuestra capacidad de rastrear con precisión historias genéticas de estas especies podría ayudar a los criadores de plantas a identificar rasgos deseables que pueden ser introducidas de nuevo a partir de especies silvestres en los tipos comerciales que utilizan el cruzamiento.»

Los otros autores del artículo de PLoS Biology son Mateo Hahn, de la Universidad de Indiana y David Haak de Virginia Tech, investigador postdoctoral en IU en el momento del estudio.