Interés científico - Análisis del Transcriptoma

La yerba mate es un organismo no-modelo, particularidad que ha limitado el uso de técnicas de biología molecular a análisis de marcadores RAPDs, AFLPs y SSRs en la evaluación de los recursos genéticos disponibles y en el mejoramiento de caracteres de importancia agronómica de la especie (Bubillo et al. 2012). Hasta hace muy poco tiempo se carecía de información de secuencias originadas en experimentos de transcriptómica. No existía ni siquiera una biblioteca marco de ESTs (etiquetas de secuencias expresadas) de yerba mate disponible, situación que se hacía extensiva a todo el género Ilex.

Con el fin de generar el primer avance significativo en el análisis de secuencias de ácidos nucleicos a gran escala de la yerba mate, un grupo compuesto por investigadores de CONICET, INTA y UNaM coordinado en Misiones planteó en 2013 la necesidad de realizar una secuenciación del transcriptoma de yerba mate mediante el uso de la tecnología de secuenciación paralela masiva de ARN (RNA-seq), de nueva generación (Next Generation Sequencing, NGS). La utilidad de esta tecnología reside en que proporciona una gran cantidad de información genética novedosa, básicamente asociada a 1) revelar el número y tipo de genes, 2) establecer rutas metabólicas relevantes y 3) descubrir y facilitar el aislamiento de genes de importancia agronómica. Al mismo tiempo esta información se convierte en un recurso valioso para el mejoramiento genético y proporciona un marco de referencia para conducir nuevos estudios de biología molecular dirigidos a definir el rol de cada transcripto, e.i. aquellos asociados con la determinación sexual.

En este escenario, con el objetivo de elucidar el repertorio de expresión de los genes de yerba mate, este grupo de trabajo exploró y descubrió una vasta colección de transcriptos de I. paraguariensis utilizando como genoma de referencia a la línea Pg538, material elite desarrollado por el INTA EAA-Cerro Azul de Misiones (Debat et al. 2014a; Debat et al. 2014b). El ARN total de I. paraguariensis fue secuenciado con la plataforma Illumina HiSeqTM-2000 obteniéndose 72.031.388 secuencias de 100 pb. Las lecturas obtenidas de alta calidad fueron ensambladas de novo en 44.907 transcriptos, abarcando 40 millones de bases con una cobertura estimada de 180X. Múltiples análisis de secuencias permitieron inferir que la yerba mate contiene ~32.355 genes y 12.551 variantes de genes/isoformas. En líneas generales, se identificaron y categorizaron transcriptos pertenecientes a más de 100 vías metabólicas. Asimismo, se identificaron en este estudio ~1.000 factores de transcripción putativos, genes implicados en estrés por calor y estrés oxidativo, respuesta a patógenos, resistencia a enfermedades y respuesta a hormonas. También se identificaron transcriptos relacionadas a estrés osmótico, sequía, salinidad, estrés por frío, senescencia, floración temprana, y determinación sexual. De igual forma se encontraron varios miembros de la vía de silenciamiento génico, y se caracterizó el efector de silenciamiento ARGONAUTE1. Se realizó la predicción in silico de un diverso número de precursores putativos de microARNs que participan en procesos del desarrollo en vegetales. Al mismo tiempo el estudio permitió generar un borrador de los genomas transcritos de cloroplastos y mitocondrias de yerba mate. Se determinó la secuencia primaria y se predijo la estructura tridimensional de la enzima responsable de la síntesis de cafeína de yerba mate. Asimismo se caracterizó el perfil de aquellos elementos transponibles activos en el genoma. Finalmente, se generó una colección de más de 10.800 microsatélites (SSR) accesibles a la comunidad interesada en el mejoramiento genético de la yerba mate (Debat et al. 2014b).

Esta reciente contribución exhaustiva (Debat et al. 2014b) de anotación y descubrimiento de genes expande profundamente el limitado conocimiento previo de los genes de yerba mate, y se presenta como el primer recurso genómico de este importante cultivo sudamericano. La gran cantidad de información obtenida en este estudio llevado a cabo en un material de yerba mate elite sirve de marco de referencia y es sólo el punto de partida para los próximos análisis a gran escala identificados como necesarios en este importante cultivo, asociados a: descubrir, caracterizar y localizar genes asociados a caracteres de importancia biológica, agronómica y económica; desarrollar marcadores moleculares eficientes que puedan emplearse para identificar dichos genes, mediante mapeo genético por asociación o en progenies segregantes; analizar la diversidad genética y realizar cruzamientos selectivos.

Además de esta primera caracterización transcriptómica global, previamente detallada (Debat et al. 2014b), hay antecedentes de al menos un estudio orientado a la identificación de transcriptos de ARNm asociados por representación diferencial a caracteres de interés agronómico en I. paraguariensis. Acevedo et al. (2013) utilizaron la técnica de “differential display” para la identificación de un alelo de la enzima succinato deshidrogenasa cuya expresión en hojas se correlaciona con el aumento progresivo del déficit hídrico y de la concentración de ABA endógeno. Las aplicaciones exógenas de ABA provocaron un aumento significativo tanto en los niveles del transcripto como en la actividad enzimática asociada. Se propuso que SDH podría intervenir en la regulación metabólica necesaria para mantener la homeostasis en situaciones de estrés y permitir la recuperación de las tasas fotosintéticas ante una reanudación del riego (rewatering). El mencionado trabajo constituye un antecedente en la caracterización de la actividad de un gen central del metabolismo en respuesta a una situación de estrés de ocurrencia frecuente en los campos de cultivo de yerba mate.

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