Genómica comparativa de las rutas de floración en Fabáceas de interés económico y su uso en el mejoramiento genético

Abstract

La secuenciación de nueva generación (NGS) ha permitido reconocer distintos tipos de secuencias de nucleótidos y aminoácidos en diversas especies a una escala jamás imaginada. Arabidopsis thaliana ha sido muy util para anotar genes en otras especies vegetales a través de la genómica comparativa, herramienta diseñada para la identificación de genes ortólogos, basado en la conservación de sus funciones biológicas. Sin embargo , no existe una anotación completa a nivel genético en diversos procesos fisiológicos como la floración. En leguminosas, la respuesta de vernalizacion en Pisum sativum y las rutas de floración han sido parcialmente descritas como el caso de Glycine max, Medicago truncatula y Lotus japonicus. En tal sentido, el presente trabajo tuvo como objetivo la identificación de los genes involucrados en las rutas de floración (AP: Ruta de envejecimiento, PP: Ruta de fotoperiodo, CCP: Ruta del reloj circadiano, FDMI: Desarrollo floral e identidad del meristemo, TP: Ruta de temperatura, HP: Ruta hormonal, SP: Ruta de azúcar, VP: Ruta de vernalización y GIF: Genes relacionados en floración) de 13 leguminosas de interés económico usando como referencia a Arabidopsis thaliana. El análisis permitió identificar 316 genes homólogos para 13 leguminosas distribuidas en 10 rutas de floración, siendo 216 genes comunes entre todas las especies estudiadas, sin embargo 135 genes en promedio no presentaron homólogos para floración. Posteriormente, se logró identificar a 21 genes ortólogos únicos, los cuales no solo regulan el proceso de floración, sino tambien están involucrados en la producción agrícola, tolerancia/ resistencia al estrés biótico y abiótico. Por otro lado, solo 11 de estos genes ortólogos únicos presentaron coherencia taxonómica en los árboles filogenéticos construidos. La identificacion de estos genes abre una ventana de oportunidades en el mejoramiento genético de leguminosas, con la finalidad de enfrentar al cambio climático y garantizar la seguridad alimentaria a través de un alimento nutritivo y accesible a todos los estratos económicos.

On a scale never imagined before, next-generation sequencing (NGS) allows to identify different types of nucleotide and amino acid sequences in several species. Arabidopsis thaliana has been very useful to annotate genes in other plant species through comparative genomics, a tool designed to identify orthologous genes, based on the conservation of their biological functions. However, there is no complete annotation at the genetic level in various physiological processes such as flowering. In legumes, the vernalization response in Pisum sativum and the flowering pathway have been partially described in Glycine max, Medicago truncatula and Lotus japonicus. In this sense, the present work aimed to identify the genes involved in the flowering pathways (AP: Aging Pathway, PP: Photoperiod pathway, CCP: Cicardian clock pathway, FDMI: Flower development and meristem identity, TP: Ambient temperature pathway, HP: Hormone pathway, SP: Sugar pathway, VP: Vernalization pathway, GIF: other genes involve in flowering) of 13 legumes of economic interest using Arabidopsis thaliana as a reference. The analysis allowed to identify 316 homologous genes for 13 legumes distributed in 10 flowering pathways with 216 genes common among all species, but 135 genes on average did not have homologues for flowering. Moreover, it was possible to identify 21 unique orthologous genes, which are involved in flowering process as well as agriculture production, tolerance/resistance to biotic and abiotic stress. On the other hand, only 11 of these unique orthologous genes showed taxonomic coherence in the constructed phylogenetic trees. The identification of these genes opens a window of opportunities in the genetic improvement of legumes, in order to guarantee food security through accessible and healthy food to all socioeconomic strata in face of climate change.