La repetida poliploidización de los genomas de Gossypium y la evolución de las fibras de algodón hilada

Área de la Ciencia:

• La genómica de las plantas y la evolución.
• La poliploidía y la adaptación de las angiospermas.
• Desarrollo de la fibra de algodón.

Sus antecedentes:

• Se sabe que la poliploidía, el aumento de conjuntos enteros de cromosomas, confiere rasgos novedosos en las plantas, como la mejora de la producción de fibra en el algodón tetraploide.
• Comprender la base genética de estas propiedades emergentes requiere un análisis genómico detallado de las especies poliploides y sus antepasados diploides.

Objetivo del estudio:

• Investigar los eventos genómicos, incluida la poliploidía y la alopoliploidía, que dieron forma a la evolución de las especies de algodón de élite (Gossypium hirsutum y Gossypium barbadense).
• Aclarar los mecanismos genéticos subyacentes a la evolución de las fibras y otras propiedades emergentes en el algodón.
• Explorar el potencial para diseccionar propiedades emergentes en otras angiospermas poliploides.

Principales métodos:

• Análisis comparativo de genómica de las especies diploides y tetraploides de Gossypium, incluidas G. herbaceum (genoma A), G. longicalyx (genoma F) y G. raimondii (genoma D).
• Secuenciación del genoma completo de un cultivo de algodón tetraploide (G. hirsutum A(t) D(t)).
• Análisis de la divergencia de secuencias de ADN, intercambios de ADN no recíprocos y patrones de expresión génica.

Principales resultados:

• Un antiguo aumento de la ploidía de cinco a seis veces (hace ~ 60 millones de años) y un evento más reciente de alopolyploidía (hace ~ 1-2 millones de años) condujo a una duplicación de 30 a 36 veces de los genes ancestrales de las angiospermas en los algodones de élite.
• El genoma secuenciado de G. hirsutum reveló extensos intercambios de ADN no recíprocos entre sus subgenomas A y D, contribuyendo a la innovación y adaptación fenotípica.
• La novedad en G. hirsutum se debió principalmente a la recombinación de alelos de sus progenitores del genoma D del Nuevo Mundo y del genoma A del Viejo Mundo.
• Los cambios de expresión coordinada en grupos de genes, incluido un bloque de ADN mitocondrial nuclear, se correlacionan con los loci de rasgos cuantitativos para la fibra de algodón.

Conclusiones:

• La poliploidía ha sido uno de los principales impulsores de la complejidad genética y las propiedades emergentes en el algodón, con una duplicación genética significativa y interacciones subgenómicas.
• El estudio proporciona un marco para comprender la evolución de la fibra y la adaptación en el algodón, destacando el papel de las fusiones del genoma y las posteriores modificaciones.
• Los hallazgos ofrecen información valiosa para el estudio de rasgos emergentes en otras especies de plantas poliploides.