La pan-genética de Solanum revela paralelos como contingencias en la ingeniería de cultivos

Área de la Ciencia:

• Genética y genómica de las plantas
• Mejoramiento y mejora de cultivos
• Biología evolutiva

Sus antecedentes:

• La pangenómica y la edición del genoma están transformando el mejoramiento de cultivos.
• El intercambio de conocimientos de genotipo a fenotipo entre cultivos globales e indígenas puede mejorar los sistemas alimentarios.
• Las variantes genéticas específicas de las especies dificultan los resultados fenotípicos predecibles, incluso en cultivos relacionados.

Objetivo del estudio:

• Investigar la duplicación de genes y la diversificación de parálogos como obstáculos para la previsibilidad de genotipo a fenotipo en el género Solanum.
• Integrar la pan-genómica, la genómica funcional y la pan-genética para comprender la evolución de los rasgos.
• Para diseccionar la historia evolutiva de la diversificación parálogo que afecta el tamaño de la fruta en las variedades de berenjena africanas.

Principales métodos:

• Estableció un pan-genoma para el género Solanum, que incluye 13 cultivos autóctonos.
• Enfoques integrados de genómica funcional y pangenética.
• Aumentó el pangenoma con variedades de berenjena africanas y aplicó genética cuantitativa y edición genómica.

Principales resultados:

• Miles de duplicaciones de genes, especialmente en familias de genes de domesticación, mostraron cambios dinámicos en la secuencia, la expresión y la función en 22 especies de Solanum.
• Una duplicación en tándem específica de linaje compensó la pérdida de un parálogo de CLAVATA3 (CLV3), seguida de una pseudogenización y una deleción, creando un alelo CLV3 fusionado.
• Este alelo CLV3 fusionado, junto con un gen enzimático, modula el número de órganos de la fruta, lo que demuestra una evolución compleja de parálogos que afecta la variación del rasgo.

Conclusiones:

• La duplicación de genes y la posterior diversificación de parálogos son barreras significativas y poco exploradas para la previsibilidad de genotipo a fenotipo.
• Comprender estos cambios evolutivos dinámicos en escalas de tiempo cortas es crucial para traducir el conocimiento de genotipo a fenotipo entre especies.
• La diversificación paralela es esencial para mejorar el mejoramiento de los cultivos y la seguridad alimentaria mundial.