Pilar Catalán, investigadora del BIFI y catedrática de Botánica en la Escuela Politécnica Superior de Huesca, de la Universidad de Zaragoza, acaba de publicar un interesante artículo en la prestigiosa revista Nature Communications.

Este artículo se ha publicado el 29 de julio de 2020 (https://rdcu.be/b5VSS) y está relacionado con la evolución de los genomas poliploides de plantas dentro un contexto pangenómico en la revista Nature Communications, siendo autores de la correspondencia del mismo Pilar Catalán, catedrática de Botánica de Unizar e investigadora del BIFI, y John Vogel, investigador del Joint Genome Institute (JGI, USA). Los resultados que se publican en este artículo han proporcionado nuevas evidencias sobre el origen recurrente y la dinámica evolutiva de los subgenomas de las plantas alopoliplodes.

El equipo de investigación liderado por Pilar Catalán y en el que participan colegas de Unizar, la EEAD-CSIC, el JGI y las Universidades de Silesia (Polonia) y Aberystwyth (UK) lleva desarrollando desde 2018 un proyecto de investigación financiado por el JGI (CSP 503504) y por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España (CGL2016-79790-P) para el estudio evolutivo y genómico de la alopoliploidía en el complejo de gramíneas modelo Brachypodium distachyon–B.stacei–B.hybridum. Los pequeños genomas de las especies progenitoras diploides B. distachyon y B. stacei y de los subgenomas de ambas en el alotetraploide B. hybridum los convierten en dianas óptimas para desentrañar los orígenes del alopoliploide y la regulación de sus interacciones subgenómicas.

La poliploidía, un fenómeno muy común en plantas y en la mayor parte de nuestros cultivos, implica la existencia de más de un genoma en los individuos, que en muchas ocasiones provienen de especies progenitoras diploides distintas (alopoliploidía). La posesión por duplicado o multiplicada de los genes y de sus redes reguladoras genera toda una serie de interacciones entre los subgenomas participantes manifestándose en distintas expresiones fenotípicas y fisiológicas de las plantas. Pese a la importancia que tiene para la agricultura y la silvicultura el conocimiento del origen y el comportamiento de los subgenomas progenitores en las plantas alopoliploides, estos procesos se han investigado en un número limitado de especies, gran parte de las cuales posee genomas grandes (como los trigos poliploides), lo que dificulta la identificación de los mecanismos de control de las expresiones diferenciales de los genes de cada subgenoma.

En el artículo publicado se muestran los primeros resultados de esta investigación, en la que se han detectado dos orígenes distintos de B. hybridum, con individuos ancestrales que aparecieron hace ~1.4 millones de años (Ma) y otros más recientes, de hace ~0.4 Ma. El análisis comparado de los genomas de referencia del alotetraploide reciente y de sus especies progenitoras diploides muestran una alta colinearidad de los subgenomas de B.hybridum con respecto a cada uno de los genomas diploides progenitores, indicando la ausencia de cambios estructurales inter-subgenómicos desde que se produjo la hibridación y la poliploidización hace unos cuantos cientos de miles de años. Por otro lado, los ensayos de expresión génica indican la ausencia de dominancia de un subgenoma sobre el otro, expresándose los genes de ambos subgenomas en proporciones similares. El estudio genómico comparado de los alotetraploides ancestrales y recientes en un contexto pangenómico que incluye un centenar de genomas de la especie progenitora B. distachyon muestra que aunque los alotetraploides ancestrales presentan más polimorfismos y elementos repetitivos propios y divergieron antes, a partir de ancestros desconocidos, su variabilidad génica no difiere significativamente de la encontrada en el pangenoma de B. distachyon. Estos resultados muestran la importancia que tiene el desarrollo de los estudios evolutivos genómicos de plantas y de otros organismos en un contexto pangenómico, tanto de los alopoliploides como de sus progenitores diploides, ya que, de haber empleado únicamente los genomas de referencia de las especies diploides B. distachyon y B. stacei, la interpretación del origen y la evolución de los subgenomas de los individuos ancestrales de B. hybridum hubiese sido distinta. En dicho caso podría haberse considerado que las variaciones genómicas observadas en los individuos B. hybridum ancestrales aparecieron por cambios mutacionales y estructurales posteriores a la hibridación-poliploidización. Por el contrario, al encontrase estas variaciones dentro de la diversidad del pangenoma del progenitor B. distachyon su origen probablemente sea pre-hibridación, habiendo sido causadas por el cruce de progenitores ancestrales que ya las portaban.

Publicación:

Gordon SP, Contreras-Moreira B, Levy JJ, Djamei A, Czedik-Eysenberg A, Tartaglio VS, Session A, Martin J, Cartwright A, Katz A, Singan VR, Goltsman E, Barry K, Dinh-Thi VH, Chalhoub B, Diaz-Perez A, Sancho R, Lusinska J, Wolny E, Nibau C, Doonan JH, Mur L, Plott C, Jenkins J, Hazen SP, Lee SJ, Shu S, Goodstein D, Rokhsar D, Schmutz J, Hasterok R, Catalán P, Vogel JP. 2020. Gradual polyploid genome evolution revealed by a pan-genomic analysis of Brachypodium hybridum and its diploid progenitors.  Nature Communications 11:3670.

Imágenes:

1. Pilar Catalán, investigadora del BIFI y catedrática de Botánica en la Escuela Politécnica Superior de Huesca.
2. Pilar Catalán y Jon Vogel en el 4th Internation Brachypoidum Conference, organizado por el grupo Bioflora en Huesca.
3. Brachypodium hybridum, la gramínea modelo para el estudio de la alopoliploidia en plantas.