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La Universitat secuencia por primera vez el genoma del Arbutus unedo

Figura de la seqüènciació.

Un equipo de investigadores del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva de la Universitat de València, dirigidos por la catedrática de Botánica Eva Barreno, en colaboración con los profesores Eva del Campo y Leonardo Casano de la Universidad de Alcalá, acaba de publicar en la revista ‘Plos One’ los resultados de la secuenciación -mediante técnicas NGS- del genoma de los cloroplastos de la planta del madroño que constituye una novedad mundial en lo que se refiere a plantas mediterráneas de vida silvestre.

El madroño (Arbutus unedo L.) es un arbusto o pequeño arbolillo, de hojas perennes y lauroides con distribución circunmediterránea que vive en hábitats mediterráneos sometidos a ciertos episodios de neblinas. El género Arbutus (Ericáceas, Ericales, Astéridas, Dicotiledóneas, Angiospermas) comprende unas 11 especies, de las cuales tres son endémicas del Mediterráneo, una de las Islas Canarias y el resto están en California (Estados Unidos). Esta área de distribución disyunta hace que sean considerados como arbustos relictos de la Era Terciaria y se postula un posible origen del género en las inmediaciones del antiguo mar de Thetis, perteneciendo a un contingente florístico conocido biogeográficamente como RAND-Flora, que se pudo adaptar al clima mediterráneo del Cuaternario, donde coinciden altas temperaturas con escasas precipitaciones.

El grupo ha descubierto que el genoma del cloroplasto (plastoma) presenta pérdidas de genes, duplicaciones y significativas recolocaciones -debidas a inversiones- que, a pesar de todo, han mantenido su tamaño medio –150.897 nucleótidos- en relación al de otros de plantas con flores (angiospermas). Algunas de estas modificaciones podrían explicar, en parte, por qué algunas plantas de la flora subtropical del Terciario pudieron adaptarse a las drásticas condiciones de sequía que representó la aparición del clima mediterráneo.

El plastoma de las plantas vasculares se originó a partir de la adquisición, por procesos de endosimbiosis, del genoma de una cianobacteria fotosintética dentro de una célula eucariota, por lo que su ADN es de arquitectura circular y se divide en cuatro regiones: una copia larga simple (LSC) y una copia pequeña simple (SSC) separadas entre sí por una zona doble denominada invertida-repetida (IR) de secuencias idénticas situadas como una imagen especular. El cloroplasto del madroño muestra, frente al de las otras angiospermas secuenciadas, una región SSC cinco veces menor, la pérdida completa o de función (pseugoneneización) de los  genes ycf1, ycf2, clpP, accD y rps16 esenciales para la vida de la planta. Además, el complejo génico ndhH-D ha sido recolocado desde la región SSC a las dos IR -novedad para las angiospermas- por lo que está duplicado y se sabe que tiene funciones imprescindibles para hacer frente al estrés oxidativo. 

Es también novedoso el hecho de que largas” repeticiones en tándem” se sitúen en las zonas de recolocaciones de genes y en los pseudogenes. Previamente, se pensaba que los genomas plastidiales de las angiospermas estaban muy conservados en términos de la ordenación y composición de sus genes, pero este estudio subraya que la familia Ericáceas representa una línea evolutiva distinta de la del resto de las otras familias del orden Ericales. Subrayando el carácter parafilético de todas las Ericales respecto al resto de las angiospermas con pétalos soldados (Astéridas). 

Al mismo tiempo, en este trabajo se ha utilizado la secuenciación del plastoma para realizar análisis filogenéticos complementarios con los del resto de Astéridas para solventar algunas importantes incertidumbres sobre las relaciones evolutivas dentro de este diverso grupo de plantas con flores.

Esta investigación aporta evidencias sobre la originalidad del genoma plastidial de las Ericales. Los análisis comparados van a ser una valiosa fuente de información sobre los eventos de reestructuración genómica que tuvieron lugar durante la evolución de las Ericales. Además, desde una perspectiva ecofisiológica, hay un consenso en que la clororrespiración y los complejos ndh son indispensables para prevenir el estrés oxidativo de los radicales libres generados en el metabolismo, por lo que las plantas con esta estructura plastidial estarán en mejores condiciones para afrontar las incertidumbres del cambio climático actual y son indudables sus futuras aplicaciones biotecnológicas en cultivos.

La investigación se ha llevado a cabo usando la tecnología de secuenciación 454 en la empresa “Lifesequencing” del Parc Científic de la Universitat de València. El arduo proceso de aislamiento de los cloroplastos se realizó con protocolos diseñados por Julián Pérez en ‘Secugen’. Para el estudio se seleccionó una población localizada en la cuenca del río Viejas (Montes de Toledo), en donde se encuentran hábitats óptimos de su área de distribución en la Península Ibérica.

El equipo de Eva Barreno, que ha secuenciado también el genoma de algas simbiontes de líquenes, pertenece al grupo ‘Simbiosis, Diversidad y Evolución en Líquenes y Plantas: Biotecnología e Innovación del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva (ICBIBE) de la Universitat, al Departamento. de ‘Ciencias de la Vida’ de la Universidad de Alcalá y al Área de ‘Biodiversidad y Conservación ‘de la Universidad Rey Juan Carlos.

Artículo de referencia:

*MARTÍNEZ-ALBEROLA Fernando, DEL CAMPO Eva. M., LÁZARO-GIMENO David, MEZQUITA-CLARAMONTE Sergio, MOLINS, Arantxa, MATEU Isabel, PEDROLA-MONFORT Joan, CASANO Leonardo M.; BARRENO, Eva. (2013). Balanced gene losses, duplications and intensive rearrangements led to an unusual regularly sized genome in Arbutus unedo chloroplasts. 

PLoS ONE 8(11): e79685. doi:10.1371/journal.pone.0079685

http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0079685 oi:10.1038/nn.3545

https://www.researchgate.net/publication/258826109_Balanced_Gene_Losses_Duplications_and_Intensive_Rearrangements_Led_to_an_Unusual_Regularly_Sized_Genome_in_Arbutus_unedo_Chloroplasts?ev=prf_pub

 

Fecha de actualización: 1 de enero de 2014 07:00.

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