Fecha: 20/12/2017

El pangenoma de una gramínea silvestre contiene el doble de genes que cualquier individuo

Zaragoza, miércoles, 20 de diciembre de 2017.

El pangenoma de una especie es la suma del material genético de todos los individuos de esa especie. Aunque casi todos los pangenomas que conocemos son de microorganismos, dos artículos recientes revelan por primera vez las dimensiones de los pangenomas de las plantas, y cuentan parte de su historia evolutiva. Estos trabajos abordan el estudio de una modesta gramínea silvestre, Brachypodium distachyon, que tiene un genoma un orden magnitud más pequeño que el de sus parientes la cebada y el trigo. En concreto, el equipo de investigadores recolectó plantas de 54 localidades en torno al mar Mediterráneo y secuenció sus genomas nucleares y cloroplásticos, estos últimos procedentes de los orgánulos verdes donde ocurre la fotosíntesis. Los hallazgos se pueden resumir en tres.

Primero, aunque cada planta tiene unos 31,000 genes, el pangenoma total se acerca a los 60,000, de los que apenas un tercio son comunes a todos los individuos. Estos números muestran que hay una gran variabilidad en número de genes, así como en contenido en ADN en general, entre individuos de la misma especie. Mientras los genes comunes tienen funciones biológicas esenciales, los genes accesorios, presentes solamente en algunos individuos, parecen tener funciones condicionalmente beneficiosas, por ejemplo en el desarrollo de la planta o en mecanismos de defensa. Además, los genes accesorios están en general más próximos en el genoma a los transposones, elementos que a veces saltan y cambian de sitio en el genoma y que a menudo han sido mal considerados “basura genómica”.

Segundo, las poblaciones naturales muestreadas de Brachypodium distachyon se diferencian en sus patrones de floración, requiriendo más o menos días invernales para espigar, tal como sabemos que ocurre con las variedades de trigo o cebada. Estos comportamientos se correlacionan tanto con diferencias a nivel de pangenoma, es decir con subconjuntos de genes que comparten poblaciones que florecen de manera similar, como con mutaciones en genes que sabemos que afectan a la floración en otras especies, como VRN1 o FTL.

Tercero, la comparación de los genomas nucleares y cloroplásticos confirma que el tiempo de floración ha sido un motor de la evolución dentro de esta especie, y ha revelado que ha habido intercambio de cloroplastos entre plantas de diferentes poblaciones. Esto indica que la  historia evolutiva que nos cuentan el  genoma nuclear y el cloroplástico es complementaria y que ninguna de ellas por separado es completa.

En ambos trabajos han participado varios investigadores de la Universidad de Zaragoza, la Estación Experimental Aula Dei del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Fundación ARAID: Rubén Sancho, Carlos Pérez Cantalapiedra, Diana López, Pilar Catalán y Bruno Contreras Moreira.
 

Gordon SP, Contreras-Moreira B, Woods DP, Des Marais DL, Burgess D, Shu S, Stritt C, Roulin AC, Schackwitz W, Tyler L, Martin J, Lipzen A, Dochy N, Phillips J, Barry K, Geuten K, Budak H, Juenger TE, Amasino R, Caicedo, AL, Goodstein D, Davidson P, Mur LAJ, Figueroa M, Freeling M, Catalan P, Vogel JP. Extensive gene content variation in the Brachypodium distachyon pan-genome correlates with population structure. Nature Communications 8: 2184 (2017) (Open Access)

Sancho R, Cantalapiedra CP, López-Álvarez D, Gordon SP, Vogel JP, Catalán P, Contreras-Moreira B. Comparative plastome genomics and phylogenomics of Brachypodium: Flowering time signatures, introgression and recombination in recently diverged ecotypes [Epub ahead of print] New Phytologist (Available online Dec 2017) (DOI: 10.1111/nph.14926)

 

Árbol filogenómico de 54 ecotipos de Brachypodium distachyon originarios del área Mediterránea, emplazados evolutivamente en 3 grupos [floración tardía (EDF+, azul), Mediterráneo oriental (T+, amarillo), Mediterráneo occidental (S+, verde)] relacionados con su patrón de floración y su distribución geográfica. El ecotipo Bd21, cuyo genoma sirve de referencia para la especie, está indicado con una estrella en el mapa. El diagrama de Venn muestra los genes que comparten los genomas secuenciados de los ecotipos de estos tres grupos tras excluir a los individuos que muestran introgresión (estructura genética representada con barras verticales de varios colores) y los que son exclusivos de cada grupo.



 

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