Sembrando la simiente para la mejora genética avanzada de coníferas
Las coníferas son los organismos terrestres no clonales de mayor tamaño, altura y longevidad del planeta y poseen una enorme importancia ecológica al dominar muchos paisajes terrestres y ejercer como el mayor sumidero de carbono terrestre. Su relevancia económica radica en su capacidad para proporcionar madera, papel y biomasa. Pero, además, proporcionan una idea distinta de la evolución y la biología genómica vegetal al proceder su genoma de las angiospermas de hace más de trescientos millones de años. Cerca del treinta por ciento de los genes de coníferas mantiene poca o ninguna similitud secuencial con otros genes vegetales cuya función ya se conoce, y su evolución obedece a sistemas de adaptación fisiológica de gran eficacia. El equipo del proyecto PROCOGEN (Promoting a functional and comparative understanding of the conifer genome — implementing applied aspects for more productive and adapted forests) se propuso elevar a un nivel superior los programas de mejora genética iniciados hace entre cincuenta y setenta años mediante la secuenciación genómica de dos especies de coníferas clave de Europa. En PROCOGEN abordan en concreto la secuenciación genómica del pino albar (Pinus sylvestris) y el pino resinero (Pinus pinaster). ¿Por qué se decantaron por ellos? Carmen Díaz Sala y María Teresa Cervera: PROCOGEN ofrece información sobre las secuencias genómicas de Pinus pinaster y Pinus sylvestris, dos especies de pino de gran valor ecológico y económico para Europa que presentan capacidades de adaptación y distribuciones geográficas muy distintas. En el proyecto analizamos el control molecular de los procesos de adaptación en varios modelos de especies de coníferas europeas que han desarrollado mecanismos de adaptación, por ejemplo los relacionados con el crecimiento en entornos cambiantes, y las respuestas al estrés provocado por las sequías (Pinus pinaster) y la aclimatación al frío (Pinus sylvestris y Picea abies). ¿Qué otros objetivos importantes han logrado durante el transcurso del proyecto? Uno de los principales objetivos del proyecto era establecer colaboraciones con otras iniciativas mundiales sobre genómica de coníferas para así ampliar el conocimiento sobre la estructura, función y evolución de su genoma. Esta colaboración se facilitó gracias a la participación de varios miembros de PROCOGEN en iniciativas de secuenciación y caracterización del genoma de varias coníferas. Los estudios comparativos basados en genómica y transcriptómica ofrecieron información sobre características singulares de los genomas de las coníferas. Nos permitieron identificar familias de genes con gimnospermas y angiospermas expandidas de un modo diferencial, deducir una velocidad evolutiva más lenta en las coníferas mediante marcadores COS («conserved orthologous set») y analizar la función de la expresión génica y la selección natural a la hora de conformar la evolución de genes codificadores de proteínas que pertenecen a familias génicas de coníferas (genes relacionados con la biología reproductora, con el estrés, etc.). Además, los resultados de la labor de mapeo genético comparativo contribuyó a reevaluar la idea de inmovilidad asociada a la evolución del genoma de coníferas, la cual se extrae en gran medida de comparaciones entre especies pertenecientes a la familia Pinaceae. Esos resultados respaldan una hipótesis nueva: que existen recolocaciones cromosómicas importantes entre familias de coníferas, esto es, mediante una serie de fusiones, estas recolocaciones conformaron los doce cromosomas de las especies de pináceas modernas y los once cromosomas de las especies de Cupressaceae modernas. Ha hecho referencia a la cooperación internacional. ¿Puede ofrecer más información sobre el resto de proyectos con los que han trabajado y el valor que han ofrecido a su investigación? PROCOGEN mantuvo relaciones con proyectos financiados por la Comisión Europea como EVOLTREE, NOVELTREE, TREEBREEDEX y FORESTTRAC, así como con otros proyectos sobre genética, genómica, mejora genética y gestión forestal de coníferas. La búsqueda de sinergias también nos condujo a Estados Unidos y Canadá, donde están en marcha otros proyectos similares. Esta cooperación generó beneficios para todas las partes. PROCOGEN obtuvo información valiosísima sobre poblaciones de mejora genética de coníferas, ensayos experimentales, lagunas científicas, aspectos prácticos y retos relacionados con la implantación de programas de conservación de genes en árboles. Esta labor colaborativa nos ayudó a identificar posibles genes que codifican rasgos de relevancia económica y ecológica. Tras integrar esta información, generamos genomas del pino nuevos, un amplio catálogo de genes involucrados en respuestas adaptativas, una identificación del valor adaptativo de las variantes de alelos e información derivada de los estudios de genómica comparativa. Todo ello dio lugar a la creación de una base de datos integrada sobre coníferas. Para ampliar la colaboración a otras iniciativas sobre genómica de las coníferas en el resto del mundo (en Rusia sobre Pinus sibirica y Larix sibirica, en Nueva Zelanda sobre Pinus radiata y en Japón sobre Cryptomeria japonica), los participantes de PROCOGEN celebraron reuniones abiertas a otras iniciativas sobre este tipo de plantas. Este proyecto integrador contribuyó enormemente a reforzar la ventaja competitiva de la investigación europea en materia de bioinformática y genómica de las coníferas. Además de la base de datos mencionada, ¿qué otras herramientas crearon en el proyecto? Se han desarrollado varias herramientas en PROCOGEN, por ejemplo analíticas para su empleo en investigaciones básicas y aplicadas en beneficio de la mejora genética y los programas de conservación. También desarrollamos una amplia gama de herramientas y técnicas moleculares, a saber, sistemas de captura de exomas destinados a ciertas especies de coníferas, un conjunto de genes COS de coníferas y sus marcadores asociados, un mapa de referencia de la actividad transcripcional del tejido de los pinos y sus respuestas adaptativas (entre ellas un catálogo de genes expresados y elementos regulatorios de la transcripción como factores de transcripción, ARNp y elementos epigenéticos), mapas genéticos densos basados en marcadores ortólogos, herramientas previas a la mejora genética (arrays de genotipado para la reconstrucción del pedigrí, etc.) y distintos sistemas de genotipado SNP de alto rendimiento. Estos últimos sistemas permiten evaluar la diversidad genómica a escala de especies y redefinir las colecciones principales. Nuestras herramientas bioinformáticas incluyen también un portal para que los expertos realicen anotaciones estructurales y funcionales y se realicen intercambios de datos sobre la genómica y la transcriptómica de las gimnospermas. También integramos información de PROCOGEN en la plataforma comparativa interna PhylomeDB para extraer árboles filogenéticos precomputados para cada gen. ¿Cuándo y de qué manera podrán aprovechar las partes interesadas los datos y las herramientas que han obtenido? Los datos sobre la variabilidad del genoma, su perfilado y la regulación de la actividad transcripcional asociada al desarrollo y el entorno ya pueden emplearse para diseñar herramientas moleculares a medida con las que estudiar el crecimiento y la adaptación de los recursos genéticos de las coníferas. También se puede disponer de arrays premejora, pero las herramientas de predicción y simulación destinadas a la práctica de la mejora genética aún están en desarrollo. También se han desarrollado herramientas de simulación con las que optimizar la integración de los datos genómicos en métodos prácticos de mejora genética, los cuales ya se han sometido a ensayo. Otras herramientas se encuentran en una fase de desarrollo previa a su aplicación práctica. En el sitio web de PROCOGEN se recoge información sobre la disponibilidad de las herramientas. ¿Cómo espera que influya PROCOGEN en la eficacia de los programas de mejora genética de árboles? La mayoría de los programas de mejora genética de especies de coníferas en Europa se pusieron en marcha hace tiempo para mejorar los rasgos relacionados con la producción y su calidad. Las herramientas de PROCOGEN se suman a esta corriente con nuevos criterios de selección y técnicas de mejora más avanzados y rápidos gracias a cuatro progresos en la materia. En primer lugar, ahora estamos en condiciones de identificar genes candidatos con rasgos que responderán a distintas limitaciones ambientales. También somos capaces de determinar el potencial de mejora de las variantes de alelos, desarrollar «arrays premejora» para seleccionar con mayor precisión las coníferas que ofrecen las respuestas adaptativas mejores y, por último, garantizar un grado elevado de diversidad genética, una estrategia clave para sobrellevar la incertidumbre inherente a los riesgos del cambio climático. También hemos tratado sobre el control molecular de la plasticidad en las especies madereras. En resumen, los resultados del proyecto contribuirán al desarrollo sostenible y a la competitividad a largo plazo del sector forestal europeo al ofrecer a los expertos en mejora genética de coníferas y los gestores de este tipo de actividades recursos genéticos forestales e información útil. Nuestras herramientas avanzadas darán lugar a recursos destinados a regenerar bosques o realizar plantaciones y lograr árboles más tolerantes a los cambios esperados o especialmente adecuados para unas condiciones concretas. ¿Qué planean ahora que ha finalizado el proyecto? En PROCOGEN mantenemos un compromiso con la investigación de los genomas de las coníferas y su función, así como con la transferencia de tecnología. Nuestra prioridad ahora es realizar análisis funcionales adicionales del genoma de estas plantas y estudiar mediante especies de coníferas modelo los mecanismos reguladores de los genes que controlan rasgos de relevancia para la ecología y la economía. En cuanto a la transferencia de tecnología incluimos, además del traspaso de conocimientos y métodos generados o validados durante el proyecto, el enorme trabajo necesario para convertir estos resultados sobre genómica básica en aplicaciones prácticas y así dar lugar a programas de mejora genética basados en el genoma y a una gestión mejor de los recursos. PROCOGEN Financiado con arreglo a FP7-KBBE Página del proyecto en CORDIS(se abrirá en una nueva ventana) Sitio web del proyecto PROCOGEN(se abrirá en una nueva ventana)
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España