Amantes del guacamole: el genoma del aguacate ha sido secuenciado

Plato de guacamole con galletas / Imagen de referencia / Pixabay

EurekAlert | Universidad de Buffalo

Los científicos han secuenciado el genoma del aguacate, arrojando luz sobre los antiguos orígenes de esta fruta mantecosa y sentando las bases para futuras mejoras en la agricultura.

Con respecto a los asuntos modernos, el estudio revela por primera vez que el popular aguacate Hass heredó aproximadamente el 61 por ciento de su ADN de variedades mexicanas y aproximadamente el 39 por ciento de las guatemaltecas. (Los aguacates vienen en muchos tipos, pero Hass, que se plantó por primera vez en la década de 1920, comprende la mayor parte de los aguacates cultivados en todo el mundo).

La investigación también proporciona material de referencia vital para aprender sobre la función de los genes individuales del aguacate y para utilizar la ingeniería genética para aumentar la productividad de los árboles de aguacate, mejorar la resistencia a las enfermedades y crear fruta con nuevos sabores y texturas.

El estudio es importante para la agricultura. El creciente mercado mundial de aguacates valió aproximadamente US $ 13 mil millones en 2017, con México, el mayor productor, exportando alrededor de US $ 2.5 mil millones de la fruta ese año, según Statista, un proveedor de datos de mercado y consumo. En todo el mundo, los aguacates se extienden sobre tortillas, se mezclan para dar sabor a las tostadas, se enrollan en sushi y se mezclan en batidos (una delicia popular en partes del sudeste asiático).

Los científicos secuenciaron no solo el aguacate Hass, sino también los aguacates de México, Guatemala y las Indias Occidentales, que albergan cultivares nativos de la fruta genéticamente distintos.

El proyecto fue dirigido por el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (LANGEBIO) en México, la Universidad Tecnológica de Texas y la Universidad de Buffalo. La investigación fue publicada el 6 de agosto en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

"El aguacate es un cultivo de enorme importancia a nivel mundial, pero particularmente para México. Aunque la mayoría de las personas solo han probado Hass o un par de otros tipos, hay una gran cantidad de grandes variedades de aguacate en el centro de diversidad de la especie, pero pocas personas los habrán probado a menos que viajen al sur de la frontera de los Estados Unidos. Estas variedades son recursos genéticos para el futuro del aguacate. Necesitábamos secuenciar el genoma del aguacate para hacer que la especie sea accesible a los esfuerzos modernos de mejora genómica asistida ", dice Luis Herrera-Estrella, PhD, Profesor Distinguido del Presidente de Genómica de Plantas en la Universidad de Texas Tech, quien concibió el estudio y completó gran parte del trabajo en LANGEBIO, donde es profesor emérito, antes de unirse a la Universidad de Texas Tech.

"Nuestro estudio prepara el escenario para comprender la resistencia a las enfermedades para todos los aguacates", dice Victor Albert, PhD, profesor de Ciencias de la Biología de Empire Innovation en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB y profesor visitante en la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur). Albert fue otro líder del estudio con Herrera-Estrella. "Si tienes un árbol interesante que parece ser bueno para resistir hongos, puedes entrar y buscar genes que sean particularmente activos en este aguacate. Si puedes identificar los genes que controlan la resistencia y si sabes dónde están en el genoma, puede intentar cambiar su regulación. Existe un gran interés en desarrollar portainjertos resistentes a enfermedades en los que se injertan cultivares de élite ".

La historia familiar de una fruta excéntrica y deshuesada

Si bien el aguacate alcanzó popularidad internacional solo en el siglo XX, tiene una historia histórica como fuente de sustento en América Central y América del Sur, donde durante mucho tiempo ha sido una característica de la cocina local. Hace cientos de años, por ejemplo, los aztecas machacaron los aguacates para hacer una salsa llamada āhuacamolli.

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Antes de eso, en tiempos prehistóricos, los aguacates, con sus megapitas, podrían haber sido comidos por megafauna como perezosos gigantes. Se cree que estos animales podrían haber ayudado a dispersar los aguacates expulsando las semillas en lugares distantes, dice Albert.

El nuevo estudio se encuentra aún más atrás en el tiempo. Utiliza la genómica para investigar la historia familiar del aguacate, conocida por los científicos como Persea americana. "Estudiamos el pasado genómico del aguacate para diseñar el futuro de este cultivo estratégico para México", dijo Herrera-Estrella. "El largo ciclo de vida del aguacate dificulta los programas de mejoramiento, por lo que las herramientas genómicas permitirán crear programas de mejoramiento más rápidos y efectivos para la mejora de esta fruta cada vez más popular".

El aguacate pertenece a un grupo relativamente pequeño de plantas llamadas magnoliides, que se separaron de otras especies de plantas con flores hace unos 150 millones de años. La nueva investigación respalda, pero no prueba, la hipótesis de que los magnoliides, como grupo, son anteriores a los dos linajes dominantes de plantas con flores vivas hoy en día, los eudicots y monocotiledóneas. Si esto es correcto, no significaría que los aguacates en sí mismos sean más viejos que los eudicots y monocotiledóneas, pero que los aguacates pertenecen a una línea hereditaria que se separó de otras plantas con flores antes que los eudicots y monocotiledóneas.

"Una de las cosas que hicimos en el documento fue tratar de resolver el problema de cuál es la relación de los aguacates con otras plantas con flores importantes. Esto resultó ser una pregunta difícil", dice Albert. "Debido a que los magnoliides divergieron de otros grupos principales de plantas con flores tan rápido y tan temprano, en un momento en que otros grupos principales también divergían, todo es totalmente misterioso. Hicimos contribuciones para encontrar una respuesta al comparar el genoma del aguacate con el genomas de otras especies de plantas, pero no llegamos a una conclusión firme".

Un trabajo de investigación de 2016 estimó que los magnoliides abarcan alrededor de 11,000 especies vivas conocidas en la Tierra, incluidos los aguacates, las magnolias y la canela. En comparación, unas 285,000 especies conocidas se contaron como eudicots y monocotiledóneas.

El aguacate como químico, y la herencia del híbrido Hass

Los científicos no saben cuántos años tiene el aguacate, y el nuevo estudio no aborda esta pregunta. Pero la investigación explora cómo ha cambiado el aguacate, genéticamente, desde que se convirtió en su propia especie, ramificándose de otros magnoliides.

El documento muestra que el aguacate experimentó dos antiguos eventos de "poliploidía", en los que se copió todo el genoma del organismo. Muchos de los genes duplicados fueron finalmente eliminados. Pero algunos desarrollaron funciones nuevas y útiles, y estos genes todavía se encuentran en el aguacate hoy en día. Entre ellos, los genes involucrados en la regulación de la transcripción del ADN, un proceso crítico para regular otros genes, están sobrerrepresentados.

La investigación también encuentra que los aguacates han aprovechado una segunda clase de genes copiados, duplicados en tándem, para fines que pueden incluir la fabricación de productos químicos para evitar ataques de hongos. (Los duplicados en tándem son el producto de eventos aislados en los que un gen individual se replica por error durante la reproducción).

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"En el aguacate, vemos una historia común: dos métodos de duplicación de genes que muestran resultados funcionales muy diferentes a lo largo del tiempo", dice Albert.

"En las plantas, los genes retenidos de los eventos de poliploidía a menudo tienen que ver con grandes cosas reguladoras. Los genes que se mantienen fuera de los eventos de duplicación únicos más limitados a menudo tienen que ver con las vías biosintéticas donde se producen estos químicos: sabores, químicos que atraer insectos, químicos que combaten los hongos. Las plantas son excelentes químicos", dice Herrera-Estrella.

Después de abordar algunos misterios antiguos del aguacate, el nuevo estudio también avanza en el tiempo para explorar un capítulo moderno en la historia de esta amada fruta: cómo los humanos han alterado el ADN de la especie.

Debido a que los productores comerciales generalmente cultivan aguacates injertando ramas de árboles existentes en nuevos portainjertos, los aguacates Hass de hoy en día son genéticamente iguales al primer aguacate Hass plantado en la década de 1920. Estos aguacates Hass modernos se cultivan en ramas Hass injertadas en varios portainjertos que están bien adaptados para regiones geográficas particulares.

Si bien se pensó que el aguacate Hass era un híbrido, los detalles de su procedencia, 61 por ciento mexicano, 39 por ciento guatemalteco, no se conocían anteriormente. El nuevo mapa de los científicos del genoma del aguacate Hass revela enormes trozos de ADN contiguo de cada tipo parental, lo que refleja el origen reciente de la variedad.

"Inmediatamente después de la hibridación, obtienes estos bloques gigantes de ADN de las plantas madre", dice Herrera-Estrella. "Estos bloqueos se rompen a lo largo de muchas generaciones a medida que se producen más eventos reproductivos que codifican los cromosomas. Pero no vemos esta codificación en el aguacate Hass. En el cromosoma 4, un brazo entero parece ser guatemalteco, mientras que el otro es mexicano. Vemos grandes trozos de ADN en el aguacate Hass que reflejan su herencia ".

"Esperamos que el gobierno mexicano siga apoyando este tipo de proyectos ambiciosos que utilizan tecnología de punta para proporcionar una comprensión profunda de la genética y la genómica de las plantas mexicanas nativas", dijo Herrera-Estrella.