El genoma de la planta del aguacate ha sido secuenciado por un equipo internacional en el que participan los investigadores Julio Rozas y Alejandro Sánchez Gracia, de la Facultad de Biología y del Instituto de Investigación de la Biodiversidad de la Universidad de Barcelona (IRBio), miembros también de la plataforma Bioinformatics Barcelona (BIB).

El nuevo trabajo, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Science (PNAS), ayudará a mejorar los programas de modificación genética para optimizar el crecimiento de esta planta –el oro verde en el mercado internacional– y para potenciar su resistencia frente a agentes patógenos y enfermedades, entre otros fines.

Desde hace tiempo, el consumo de este fruto tropical del género Persea, cultivado en América del Sur desde la época precolombina, se ha incrementado en todo el mundo y ha generado un gran interés económico en el mercado internacional. El equipo internacional ha secuenciado los genomas de dos variedades de planta del aguacate, en concreto la variedad mexicana (Persea americana var. drymifolia) y la híbrida comercial de cultivo más popular (Persea americana Mill. cv. Hass).

“El elemento más relevante de la estructura genómica del aguacate es la historia de duplicaciones completas de su genoma”, detallan

El genoma de esta planta tropical, organizado en doce cromosomas según se sabía hasta ahora, tiene un tamaño de unas 920 Mb, con pequeñas variaciones entre las variedades estudiadas, apunta el nuevo estudio.

“El elemento más relevante de la estructura genómica del aguacate es la historia de duplicaciones completas de su genoma”, detalla Julio Rozas, catedrático de Genética y codirector, con el profesor Alejandro Sánchez Gracia, del Grupo de Investigación en Genómica Evolutiva y Bioinformática de la Universidad de Barcelona (UB) y del IRBio.

En concreto, los expertos han comparado la relación de sintenia –orden en que los genes están conservados y posicionados en los cromosomas– entre los genomas del aguacate y los de la especie Amborella trichopoda Baill 1869. Esta especie, una planta arbustiva endémica de Nueva Caledonia, es considerada como la única representante actual del linaje más primitivo de las plantas con flor o angiospermas.

En esta angiosperma primitiva no hay indicios de duplicaciones genómicas completas, y por ello es la referencia en el estudio de la evolución por duplicación genómica de todas las otras plantas con flor.

Duplicaciones en tándem y resistencia al ataque de los patógenos

Tal y como apuntan los resultados, “para una misma región del genoma analizada, hay cuatro copias de fragmentos genómicos en el caso del aguacate y una sola copia en Amborella, lo que sugiere que el genoma del aguacate ha experimentado dos procesos de duplicación completa de su genoma”, explica el investigador Alejandro Sánchez (UB-IRBio).

Estas duplicaciones en tándem recientes están implicadas en respuestas metabólicas de adaptación del aguacate al ataque de patógenos fúngicos, apuntan los autores. “En paralelo, aquellas duplicaciones que se originaron durante las duplicaciones completas del genoma –y que aún se mantienen a causa de la selección natural– parecen estar implicadas en aspectos básicos de la fisiología y del desarrollo de la planta”, indica Sánchez Gracia.

Todavía en la actualidad quedan muchas incógnitas sobre el origen y la evolución de la planta del aguacate, una especie que pertenece al grupo de las magnolias. El trabajo publicado ahora perfila un nuevo escenario para conocer la posición filogenética del aguacate en el árbol evolutivo de las angiospermas, en especial en relación con algunas especies eudicotiledóneas de gran interés económico en la agricultura mundial, como el café (Coffea), el tomate (Solanum) o la vid (Vitis), que comparten más componentes genéticos entre sí que con el aguacate.

El nuevo trabajo revela que la planta del aguacate es una especie hermana tanto de monocotiledóneas como de eudicotiledóneas

En este grupo de plantas el proceso de diversificación fue muy rápido y eso ha dificultado los análisis filogenéticos de gran resolución de estas especies. Mediante un exhaustivo análisis filogenómico de diecinueve especies de angiospermas —con distintos marcadores moleculares—, el nuevo trabajo revela que la planta del aguacate es una especie hermana tanto de monocotiledóneas como de eudicotiledóneas (café, tomate y vid).

“Los únicos componentes genéticos que tienen en común todas estas especies serían aquellos que definen a todas las angiospermas y las diferencian de las gimnospermas y las plantas sinsemilla”, subraya el investigador Pablo Librado, exdoctorando de la UB y coautor del estudio, actualmente miembro del Centro de Geogenética de la Universidad de Copenhague y del Museo de Historia Natural de Dinamarca.

Hacia el software bioinformático

Para secuenciar la variedad mexicana se han empleado diferentes bibliotecas genómicas y tecnologías de secuenciación, como el vector de clonación cromosoma artificial bacteriano (BAC) o la plataforma HiSeq de Illumina, que facilitan una gran cobertura del genoma estudiado. En el caso de la variedad Hass, se empleó la metodología de secuenciación de PacBio (single-molecule real-time-SMRT) a partir de ADN de calidad y tamaño muy altos.

Para secuenciar la variedad mexicana se han empleado diferentes bibliotecas genómicas y tecnologías de secuenciación

El análisis poblacional basado en el estudio de los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) también ha permitido detallar la composición genética y la historia de la variedad comercial Hass, que es el resultado de la introgresión de material genético de origen guatemalteco –por cruces selectivos– en el fondo genómico de la variedad mexicana.

En el marco del trabajo, los expertos UB-IRBio han llevado a cabo análisis de carácter filogenómico, que consistían en la determinación de genes ortólogos de copia única y de los árboles con información de secuencias de aminoácidos y de nucleótidos codificantes para este grupo de genes. Buena parte de su trabajo se ha centrado también en analizar la dinámica del origen y pérdida de genes a través de BadiRate, un software bioinformático desarrollado en la UB por los expertos Julio Rozas y Pablo Librado.

Mejorar la productividad agrícola

La investigación aporta una nueva perspectiva imprescindible para realizar estudios de asociación a lo largo del genoma de la especie y para encontrar los genes –y las distintas variantes genéticas– que determinan las características más relevantes para la economía y la productividad de las explotaciones agrícolas.

En este contexto, el Grupo de Investigación en Genómica Evolutiva y Bioinformática de la UB ha desplegado varias colaboraciones científicas con el equipo del profesor Víctor A. Albert, entre las que destaca el trabajo que identificó los cambios genéticos que han permitido laadaptación a la dieta carnívora en diferentes plantas (Nature Ecology & Evolution, 2017), un proceso evolutivo que se ha repetido de forma independiente en varias especies utilizando las mismas soluciones moleculares.

El equipo de expertos UB-IRBio ha tenido una destacada participación en la secuenciación del genoma de organismos tan diversos como la garrapata (Ixodes scapularis), el ciempiés (Strigamia maritima), el café (Coffea canephora), y el piojo del cuerpo humano (Pediculus humanus humanus), entre otros.

En el artículo participan expertos de cerca de una veintena de instituciones de todo el mundo, bajo la dirección de los investigadores Luis Rafael Herrera (Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, México) y Víctor A. Albert, de la Universidad de Buffalo (EE. UU.).