587. El genoma del abeto de Navidad, siete veces más extenso que el humano

23 May

Es el más grande secuenciado hasta la fecha y tiene gran cantidad de genes saltadores de función desconocida, según publica Nature.

El genoma del abeto de Navidad, siete veces más complejo que el humano

NATURE
Los autores de la secuenciación del genoma de la pícea común, la mayor hasta la fecha

 

Científicos de las Universidades de Umea (Suecia) y Carolina del Norte(Estados Unidos) han logrado un importante hito con la secuenciación del genoma más extenso hasta la fecha, que pertenece a la pícea noruega (Picea abies), más conocida como pícea común, abeto rojo o árbol de Navidad. Inconfundible por porte cónico y sus piñas alargadas y colgantes de color rojizo, la pícea noruega pertenece al grupo de las coníferas, árboles evolutivamente muy antiguos, en su mayoría perennes, de hoja estrecha y redondeada, que se originaron en el carbonífero, hace unos 300 millones de años.

Entre las coníferas, que engloban a los pinos, tejos, secuoyas, enebros y abetos, entre otros, se encuentran los árboles vivos más longevos hallados hasta la fecha. En 2008 investigadores de la Universidad de Umea encontraron en Dalarma (Suecia) un ejemplar de pícea noruega con un sistema de raíces de 9.950 años de antigüedad, considerado el árbol más antiguo del mundo.

A este récord de longevidad y a su importancia económica y forestal, se une ahora el del tamaño de su genoma. Tiene nada menos que 20.000 millones de pares de bases (20 gigabases) y unos 29.000 genes funcionales. Su longitud es siete veces mayor que la del genoma humano, que tiene unos 3.200 millones de pares de bases (3.200 megabases), aunque el número de genes es sólo ligeramente superior al de nuestra especie, que cuenta con unos 27.000. El hallazgo suscita entre los científicos una inquietante pregunta: ¿por qué es el genoma abeto rojo es siete veces más grande que el nuestro?

Según el estudio una explicación a tan extensa cantidad de material genético se encontraría en el elevado número de secuencias repetitivas de ADN que esta especie ha ido acumulando en sus 100 millones de años de historia evolutiva y que por algún motivo no se han eliminado. “Otras especies de plantas y animales tienen mecanismos eficientes para eliminar ese ADN repetitivo, pero estos no parecen funcionar tan bien en las coníferas”, apuntan en el trabajo que aparece en el último número de la revista “Nature”.

Genes saltadores

Este ADN repetitivo parece estar originado por elementos transponibles (transposones), que son fragmentos de material genético que pueden cambiar de posición dentro del genoma pero que a menudo dejan una copia extra. Considerados como ADN basura en su mayor parte, la existencia de los transposones o “genes saltadores” fue propuesta a mediados del siglo pasado por la investigadora estadounidense Bárbara McClintonk. Sugería que el genoma no era algo estático, sino sujeto regulación por estos genes móviles. Aunque su idea fue entonces muy criticada recibió el Nobel en 1983 por su descubrimiento.

Los transposones, señalan los autores, son comunes entre las coníferas, según se deduce los genomas parcialmente secuenciados de otras coníferas como el pino silvestre, el enebro común, el abeto siberiano o el tejo. Al intercalarse en el genoma han dado lugar a una gran cantidad de ADN no codificante (intrones) y a pseudogenes. De ahí que estas plantas tengan los mayores genomas de todos los organismos, con tamaños que oscilan entre los 20 y los 30 gigabases.

“Es notable que a la pícea le vaya tan bien a pesar de esta enorme carga genética,” resalta el profesor Pär Ingvarsson de la Universidad de Umea. “Por supuesto, parte de este ADN tiene una función pero parece extraño que sea beneficioso tener tanto. Parece un característica especial de las coníferas.”

Los inmensos genomas de las confieras habían sido hasta la fecha un reto que impedía la secuenciación completa, a diferencia de lo que ocurre con otras plantas. El primer genoma vegetal en secuenciarse fue el de la planta Arabidopsis thaliana en el año 2000, publicado también en Nature como otro importante hito. Se trata de una pequeña planta de la familia de la mostaza, muy abundante y considerada una “mala hierba” que se ha convertido en uno de los principales modelos de investigación.

Un puzle complicado

El genoma ahora secuenciado de la pícea común es cien veces mayor que el Arabidopsis, aunque el número de genes de ambas especies es aproximadamente el mismo. El mayor desafío de este proyecto de secuenciación ha sido obtener los aproximadamente 20 mil millones de “letras” que componen el código genético de abeto en el orden correcto, en lugar de obtener las secuencias de ADN: “Imagine una biblioteca con 10.000 libros tan gruesos como la Biblia, escritos en un idioma que solo tiene cuatro letras. Y que alguien hiciera cien copias idénticas de cada uno de los 10.000 títulos y los pasara por una trituradora de documentos para luego reunir una copia exacta de cada título”, explica Stefan Jansson, otro de los investigadores, para dar idea de lo complicado del proyecto.

Para afrontar un proyecto de esta envergadura los investigadores han tenido que poner a punto nuevas formas de secuenciación. “Intentar la secuenciación de un genoma tan grande era una tarea increíblemente ambiciosa que requería el desarrollo de nuevo software y el uso innovador de la tecnología de secuenciación de ADN para reunir secuencias cortas de ADN y completar este genoma masivo, como si de un gran rompecabezas se tratara”, explica Steven Jones, uno de los investigadores que ha completado el genoma de la pícea blanca, otra especie cuya secuenciación también se ha logrado y que se publica en la revista Bioinformatics.

Gracias a estos importantes trabajos de investigación se han puesto a punto sistemas más eficaces de secuencias grandes genomas con un menor coste. Este nuevo hito se espera que tenga múltiples investigaciones. La primera de ellas, hacer asequible la secuenciación de otros árboles, que como el abeto rojo, con gran interés ecológico y comercial. Entre las posibles aplicaciones está la de “desarrollar herramientas innovadoras para el cultivo de este árbol, abordando objetivos de importancia ecológica y económica como la resistencia a los insectos, calidad de la madera, las tasas de crecimiento y adaptación al cambio climático”, explica Joerg Bohlmann, coautor de ambos proyectos.

La madera de los Stradivarius

Originaria de Noruega, como su nombre indica, y del norte de Europa, el falso abeto o pícea común es un árbol muy utilizado en jardinería, siendo frecuente verle en parques y jardines. Cuando los primeros europeos se asentaron en Estados Unidos, se dice que la llevaron para recordar su tierra y de origen. Su madera se utiliza como pasta de papel, aunque debido a su maleabilidad es también muy utilizada en ebanistería. También se utiliza para confeccionar instrumentos musicales, entre ellos los famosos violines Stradivarius, muy apreciados por su buena sonoridad.

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