Investigadores completan el mapeo de los genomas de Frantoio y Leccino

Resumen

Un equipo internacional de investigadores ha mapeado el genoma completo de las variedades de olivo Leccino y Frantoio, lo que proporciona información valiosa para comprender la genética del olivo y desarrollar árboles más resilientes frente al cambio climático. Al comparar los genomas de estos dos cultivares, los investigadores buscan identificar genes relacionados con la respuesta al estrés y, potencialmente, utilizar técnicas de edición genética para mejorar características como la tolerancia a la salinidad. Esta investigación genómica podría revolucionar el cultivo del olivo, dando lugar a soluciones más productivas e innovadoras para los olivicultores que se enfrentan a los desafíos del clima mediterráneo.

Un equipo internacional de investigadores ha cartografiado el genoma completo de las variedades de olivo Leccino y Frantoio.

El mapeo genómico de los dos cultivares nativos italianos, ahora cultivados en docenas de países, permitirá a los investigadores compararlos y allanar el camino para una comprensión más profunda de la genética del olivo.

"En tiempos de cambio climático“Conocer más sobre la genómica de los olivos significa saber más sobre cómo reaccionan esos árboles a factores estresantes ambientales importantes y a veces nuevos”, afirmó Luca Sebastiani. 

El coordinador del estudio, que también es profesor titular de ciencias hortícolas en la Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, explicó: Olive Oil Times que la genómica podría producir olivares más resilientes en la cuenca mediterránea.

"Para adaptarnos al cambio climático, necesitamos genotipos resistentes, así como técnicas agronómicas adecuadas”, dijo Sebastiani. "Si falta agua, se necesitará riego, pero también cultivares que utilicen el agua eficientemente. También existen desafíos relacionados con temperaturas más altas“, nueva sensibilidad a patógenos y ataques de insectos”. 

"“El mapeo genético es una de las herramientas que nos puede permitir encontrar soluciones más rápidamente”, añadió.

Aunque la edición genética del olivo todavía está en sus inicios, comparar los genomas de los dos cultivares podría producir árboles más resistentes más rápidamente que los programas de mejoramiento tradicionales. 

Tanto Frantoio como Leccino están bien documentados en la literatura científica, al igual que su comportamiento al afrontar el estrés ambiental.

"“Sus respuestas al estrés, tanto la sequía como especialmente la salinidad, son modelos muy interesantes, porque Frantoio es tolerante, mientras que Leccino lo es menos”, dijo Sebastiani.

"“Hemos estado trabajando durante años para explicar el mecanismo detrás de esta diferencia, pero sin datos genómicos, siempre fue difícil comprender completamente qué genes podrían estar involucrados”, añadió.

"“La secuenciación nos permite tener un vocabulario con el que entender por qué estos dos cultivares son diferentes”, señaló Sebastiani.

Según los investigadores, la práctica habitual de seleccionar variedades de aceitunas mediante el cultivo tradicional requiere mucho tiempo y no siempre produce los mejores resultados.

En su Los investigadores observaron que se obtienen resultados mixtos porque "“Falta en gran medida información molecular precisa sobre la ubicación y la estructura de los genes”. Los científicos tardaron más de dos años en completar el mapeo. 

""Lo logramos gracias a los fondos del Plan Nacional de Recuperación y Resiliencia de Italia y gracias al hecho de que somos un grupo bastante grande", dijo Sebastiani, que también incluyó a colegas de la Universidad de Arizona y la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita.

Se encontró un alto porcentaje de repeticiones terminales largas en ambos cultivares, lo que indica una similitud significativa en su genoma.

Las secuencias de ADN repetidas no son aleatorias, ya que están moldeadas por la evolución y pueden desempeñar funciones importantes, como ayudar a mantener la estabilidad y la integridad del genoma.

"“Aún no sabemos muy bien cómo interactúan las diferentes partes del genoma”, dijo Sebastiani. "Ahora que tenemos esta información en diferentes cultivares, podemos empezar a ver esas diferencias, y esto podría ayudarnos a comprender mejor las especies en los próximos años”. 

Comparó el desafío que enfrentaron los investigadores al mapear los genomas de los dos cultivares con el de completar un rompecabezas, donde la mitad de las piezas son de un cielo azul claro.

"En tal caso, conectar las piezas del rompecabezas es mucho más complicado en comparación con uno que presenta muchas variaciones”, dijo. "Esto es un problema en el olivar porque tenemos muchas regiones muy repetitivas”. 

Localizar la posición de los genes dentro de un genoma es fundamental para transformar secuencias de ADN sin procesar en conocimiento práctico., y ayuda a los investigadores a vincular un gen con un rasgo específico, como el rendimiento, composición del aceite, o resistencia a plagas y enfermedades. 

Este conocimiento acelera los programas de mejoramiento, reemplazando la selección lenta y aleatoria con enfoques específicos. 

La posición de los genes también revela cómo se regulan e interactúan, ofreciendo información sobre la adaptación y la domesticación. 

En el caso de las aceitunas, los mapas precisos permiten a los científicos comparar cultivares, rastrear cambios evolutivos y diseñar herramientas de precisión como la reproducción asistida por marcadores o la edición genética para desarrollar variedades más resistentes y de alta calidad.

"“Este mapeo de alta calidad sólo se puede hacer cuando se tienen técnicas que secuencian fragmentos muy grandes, lo que lo hace más fácil”, dijo Sebastiani.

"“A lo largo de los años, ha habido una enorme evolución en las técnicas”, añadió. "Hoy tenemos PacBio, que permite secuenciar fragmentos de ADN más largos, algo que antes no era posible”.

En un estado de estrés, como el inducido por salinidad del suelo o sequía, sólo un puñado de genes pueden estar involucrados, con diferencias observadas entre los dos cultivares.

"“Una pequeña diferencia en la estructura de un gen, o incluso en la región promotora que regula cuánto funciona el gen, puede causar que un gen no funcione en absoluto, o que sea menos activo, o que sea más activo”, dijo Sebastiani.

Agregó que identificar y comprender las diferencias es crucial.

"“Si entiendo que un gen involucrado en un determinado tipo de estrés tiene una estructura en Frantoio y otra en Leccino, y funciona mejor en Frantoio y peor en Leccino, entonces también puedo utilizar técnicas de análisis de expresión genética, con secuenciación de ARN u otras tecnologías, para ver si esa variación estructural afecta la actividad”, dijo Sebastiani.

"“Si descubro que es así, ahora también tendremos edición genética”, añadió. "En las aceitunas, todavía no es muy efectivo, pero podría reescribir el gen Leccino para imitar la forma del gen Frantoio, transfiriendo esa información para que funcione de manera diferente”.

Sin embargo, Sebastiani explicó que la investigación sobre la edición de genes del olivo aún está en sus primeras etapas de experimentación en comparación con otras especies. 

"“También trabajo con el álamo [el género de 35 especies de sauces] con mi grupo”, dijo Sebastiani. "En el álamo, ya podemos hacerlo. En el olivo, el problema sigue siendo la dificultad de transformación con estas técnicas de edición; podría llevar años.

Si bien ha habido avances rápidos en la tecnología de edición genética, Sebastiani reconoció que era imposible estimar cuánto tiempo podría llevar esto. 

Aun así, espera que el rápido desarrollo de la genómica y las tecnologías relacionadas pueda tener un impacto en un tiempo relativamente corto en comparación con los enfoques anteriores.

"Hoy en día, incluso utilizando técnicas tradicionales con la ayuda de la biología molecular, si cruzo Leccino y Frantoio para transferir la tolerancia a la sal, tendría que esperar a que la planta crezca para luego realizar la prueba. Eso lleva mucho tiempo —dijo—.

"Si, en cambio, busco directamente la estructura del gen, ya puedo rastrearla con genómica u otras técnicas”, añadió Sebastiani. "Hoy puedo incluso secuenciar todo el genoma a un coste reducido, y como ya tengo el genoma de referencia, puedo ver exactamente dónde está ese gen y en qué posición”.

"Podría tomar Leccino, sabiendo que dos o tres genes aumentan la tolerancia, y modificar sólo esos”, señaló. "Con la edición, si todo funcionara, en uno o dos años se podría hacer en el laboratorio. Eso sería un gran avance.

La genómica y el mapeo de los genes del olivo podrían abrir el camino hacia un nuevo enfoque para el cultivo del olivo. 

Si bien la agricultura tradicional a menudo implica olivares centenarios, las nuevas plantaciones con variedades de aceitunas editadas genéticamente podrían resultar cruciales para respaldar la producción en el contexto de un clima mediterráneo más cálido y seco.

"Estos nuevos conocimientos podrían traducirse en cambios en la productividad, innovación y soluciones para los productores”, afirmó Sebastiani. 

El equipo de investigación utilizará la nueva información genómica para obtener una comprensión más profunda de las diferencias entre los dos cultivares en respuesta al estrés salino. 

"“También planeamos, si es posible, secuenciar más variedades que nos interesan por sus respuestas a otros estreses, incluidos los contaminantes”, concluyó Sebastiani. "“Definitivamente usaremos la genómica para comprender mejor los mecanismos”.