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# Biología # Genómica

Descifrando el Código del Hongo de la Roya Rayada del Trigo

Los científicos están revelando secretos del genoma del hongo de óxido de la banda del trigo para proteger los cultivos.

Rita Tam, Mareike Möller, Runpeng Luo, Zhenyan Luo, Ashley Jones, Sambasivam Periyannan, John P. Rathjen, Benjamin Schwessinger

― 9 minilectura


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En el mundo de los hongos, hay un pequeño travieso conocido como el hongo de óxido de franjas de trigo, llamado científicamente Puccinia striiformis f. sp. tritici (mejor lo llamamos PST para abreviar). Este hongo ha causado mucho dolor de cabeza a los agricultores al arruinar las cosechas de trigo. Tiene una habilidad única para reproducirse de una manera que mezcla material genético de diferentes fuentes, lo que lo hace complicado de estudiar para los científicos. Recientemente, ha habido avances emocionantes en la tecnología utilizada para leer y entender su código genético, lo que ha llevado a una imagen más clara de cómo funciona.

La Importancia de un Ensamblaje Genómico Completo

Un ensamblaje genómico completo es como armar un rompecabezas donde todas las piezas finalmente encajan. Antes, los científicos luchaban por ver el panorama completo del genoma de Pst debido a huecos y datos incompletos. Sin embargo, con la introducción de nuevas tecnologías de secuenciación, los investigadores ahora pueden ensamblar el genoma del hongo pieza por pieza, revelando detalles que estaban ocultos.

¿Por qué importa esto? Entender el genoma completo permite a los científicos responder preguntas importantes sobre cómo opera el hongo, su evolución y cómo interactúa con las plantas. Es como finalmente descubrir cómo el mago saca un conejo de su sombrero.

Ensamblajes Telómero-a-Telómero

Una herramienta muy fancy en la investigación genética es el ensamblaje de genoma telómero-a-telómero (T2T). Este método proporciona una vista completa de todo el material genético, desde los extremos (telómeros) hasta el corazón (genes). Esto ha revolucionado la forma en que los científicos miran no solo los hongos, sino también las plantas y los animales. T2T permite observar regiones complejas en el genoma que antes se entendían mal o se pasaban por alto.

Una de las razones por las que T2T es tan genial es que produce imágenes más claras de áreas importantes en el genoma, como los Centrómeros, los puntos donde los cromosomas se mantienen juntos y se dividen durante la reproducción. Entender estas áreas ayuda a los investigadores a aprender más sobre cómo las especies desarrollan diferentes rasgos y sobreviven en diversos entornos. Los centrómeros son como las señales de tráfico del genoma fúngico, dirigiendo el flujo de información genética.

El Enigma del Estado Dicariótico

Los hongos, como Pst, pueden tener una configuración especial llamada estado dicariótico. Imagina a dos compañeros de cuarto compartiendo un apartamento, cada uno con su propia habitación pero viviendo juntos en armonía. En este caso, los dos núcleos—cada uno conteniendo su propio material genético—cooperan durante la división celular. Este arreglo lleva a una gran diversidad, permitiendo que el hongo se adapte y sobreviva en condiciones cambiantes.

A pesar de las claras ventajas de esta configuración, aún hay mucho que aprender sobre cómo funciona, especialmente en lo que respecta a los hongos. El misterio radica en cómo estos dos conjuntos de información genética interactúan e influyen en el comportamiento del hongo.

Desglosando el Genoma Fúngico

Recientemente, los investigadores han hecho avances significativos en la comprensión del genoma de Pst. Descubrieron que las áreas importantes para la reproducción del hongo no eran tan simples como se pensaba anteriormente. Al utilizar tecnologías de secuenciación avanzadas, pudieron mapear los genes relacionados con el apareamiento y la reproducción, que son como la línea de código que ejecuta un programa de computadora.

Esta comprensión puede ayudar a apuntar a genes específicos responsables de la capacidad del hongo para infectar el trigo. Al saber qué genes están involucrados, se pueden desarrollar estrategias para combatir el hongo y proteger las cosechas.

El Papel del Ensamblaje Resuelto por Haplote

Imagina que tienes dos hermanos gemelos idénticos. Pueden parecerse, pero sus personalidades y preferencias pueden ser muy diferentes. En genética, estas variaciones se denominan Haplotipos. Cuando los investigadores pueden diferenciar entre los dos haplotipos de Pst, pueden estudiar cómo estas diferencias afectan el comportamiento del hongo y su interacción con las plantas.

Por ejemplo, ciertos cambios en el código genético pueden llevar a diferentes respuestas cuando el hongo intenta invadir una planta. Entender estas variaciones ayuda a los científicos a identificar posibles puntos débiles donde pueden aplicar medidas correctivas, como encontrar fallas en una armadura.

Elementos Transponibles: Los Elementos Genéticos Móviles

Dentro del genoma fúngico, ciertos fragmentos pueden moverse, parecido a pequeños bailarines inquietos en una fiesta. Estos se llaman elementos transponibles (TEs). Constituyen una parte significativa del genoma y juegan roles críticos en su evolución y adaptabilidad. Cuando los TEs saltan de un lugar a otro, pueden alterar cómo funcionan los genes o incluso crear nuevas combinaciones genéticas.

En el caso de Pst, los investigadores encontraron diferentes tipos de TEs enriqueciendo el genoma, lo que probablemente contribuye a la capacidad del hongo para adaptarse a lo largo de generaciones. Pueden ayudar al hongo a sobrevivir en diversos entornos o hacerlo más virulento contra las plantas.

Entendiendo los Centrómeros en Pst

Los centrómeros son las regiones cruciales de los cromosomas que los mantienen juntos durante la división celular. Pueden ser peculiares en los hongos, a veces llevando a comportamientos inesperados. En el caso de Pst, los científicos descubrieron centrómeros grandes y bastante inusuales que son ricos en elementos transponibles. Es como descubrir que tu pizzería favorita tiene un menú completamente nuevo que nunca sospechaste que existía.

Los investigadores también notaron que los centrómeros en Pst son altamente diversos, con cada haplotipo teniendo sus características únicas. Esta variación podría impactar en cómo el hongo se replica e interactúa con su entorno. Al entender estas peculiaridades, los científicos pueden predecir mejor cómo podría evolucionar o adaptarse el hongo.

La Magia de las Matrices de RDNA

Las matrices de ADN ribosómico (rDNA) son las partes del genoma que ayudan a producir los bloques de construcción de las proteínas. En Pst, los investigadores encontraron que las matrices de rDNA son mucho más complicadas de lo que se esperaba, con variaciones entre sus dos haplotipos. Esto significa que los dos núcleos del hongo pueden estar preparando diferentes recetas, resultando en subtipos de rDNA distintos.

Entender cómo funcionan estas matrices de rDNA puede ofrecer información sobre el crecimiento, la reproducción y la interacción del organismo con su entorno. Es como conocer las recetas secretas de un chef, dando una ventaja estratégica en la cocina.

Expresión Específica de Alelo: El Talento Oculto

Un aspecto importante de la investigación genética es entender cómo se expresa cada alelo. En términos más simples, se trata de averiguar qué genes están activos y cómo eso afecta los rasgos del organismo. En el caso de Pst, los investigadores encontraron que ciertos genes relacionados con la infección se expresaban de manera diferente entre los dos haplotipos.

Este descubrimiento arroja luz sobre por qué algunas cepas de Pst pueden ser más dañinas que otras. Al identificar qué alelos están involucrados durante momentos clave—como cuando el hongo invade una planta—los científicos pueden apuntar a esos genes para desarrollar mejores estrategias de defensa.

El Impacto del Entorno en la Expresión de Alelos

Como con cualquier ser vivo, el entorno puede impactar significativamente cómo se expresan los genes. En Pst, se notó que la cantidad de humedad del suelo, la temperatura y el tipo de planta huésped podían influir en cuáles alelos se activaban y cuán fuertemente se expresaban. Esto recuerda a la idea de que una planta puede ser un comensal exigente, solo activando ciertos genes cuando se le sirven las condiciones adecuadas.

Al entender estos desencadenantes ambientales, los investigadores pueden crear modelos para predecir cómo se comportará Pst en situaciones específicas, permitiendo estrategias de protección de cultivos más efectivas.

Un Enfoque “Dos por Uno” para Entender Infecciones Fúngicas

Al estudiar en profundidad ambos haplotipos, los investigadores tienen una mejor comprensión del potencial completo del hongo de óxido de franjas de trigo. Pueden analizar cómo las variaciones en el genoma contribuyen a la patogenicidad—esencialmente, cuán bien el hongo puede infectar las plantas. Este enfoque dual da a los científicos una imagen más clara de cómo abordar esta amenaza agrícola.

Cuando los científicos entienden ambos lados de la moneda genética, pueden idear estrategias más efectivas para proteger las cosechas de trigo, asegurando que los agricultores tengan una oportunidad de luchar contra este problemático hongo.

El Futuro de la Genómica Fúngica

A medida que la tecnología sigue avanzando, el futuro de la genómica fúngica se ve brillante. Los investigadores esperan descubrir aún más secretos ocultos dentro de los genomas de organismos como Pst. Al armar estos complejos rompecabezas, pueden proporcionar a los agricultores y especialistas agrícolas las herramientas que necesitan para combatir enfermedades de manera más efectiva.

Este viaje continuo en el mundo de los hongos no solo mejorará nuestra comprensión de estos organismos, sino que también llevará a la seguridad alimentaria y a prácticas agrícolas sostenibles. Aunque el camino puede ser accidentado, es un camino que vale la pena explorar.

Conclusión

El mundo de los hongos, particularmente el hongo de óxido de franjas de trigo, puede parecer complejo y abrumador, pero con las herramientas y enfoques adecuados, los científicos están haciendo un progreso notable. Al usar tecnologías de secuenciación avanzadas para explorar el genoma, están arrojando luz sobre los aspectos ocultos de este organismo.

Desde entender sus centrómeros y matrices de rDNA hasta las diferencias entre haplotipos y sus expresiones, cada nueva pieza de conocimiento nos acerca más a gestionar de manera efectiva el impacto de este hongo en las cosechas de trigo. Al mirar hacia el futuro, seguramente habrá mucho más por aprender, ¡y ojalá menos fracasos en las cosechas debido a nuestros pequeños amigos fúngicos!

Fuente original

Título: Long-read genomics reveal extensive nuclear-specific evolution and allele-specific expression in a dikaryotic fungus

Resumen: Phased telomere to telomere (T2T) genome assemblies are revolutionising our understanding of long hidden genome biology "dark matter" such as centromeres, rDNA repeats, inter-haplotype variation, and allele specific expression (ASE). Yet insights into dikaryotic fungi that separate their haploid genomes into distinct nuclei is limited. Here we explore the impact of dikaryotism on the genome biology of a long-term asexual clone of the wheat pathogenic fungus Puccinia striiformis f. sp. tritici. We use Oxford Nanopore (ONT) duplex sequencing combined with Hi-C to generate a T2T nuclear-phased assembly with >99.999% consensus accuracy. We show that this fungus has large regional centromeres enriched in LTR retrotransposons, with a single centromeric dip in methylation that suggests one kinetochore attachment site per chromosomes. The centromeres of chromosomes pairs are most often highly diverse in sequence and kinetochore attachment sites are not always positionally conserved. Each nucleus carries a unique array of rDNAs with >200 copies that harbour nucleus-specific sequence variations. The inter-haplotype diversity between the two nuclear genomes is caused by large-scale structural variations linked to transposable elements. Nanopore long-read cDNA analysis across distinct infection conditions revealed pervasive allele specific expression for nearly 20% of all heterozygous gene pairs. Genes involved in plant infection were significantly enriched in ASE genes which appears to be mediated by elevated CpG gene body methylation of the lower expressed pair. This suggests that epigenetically regulated ASE is likely a previously overlooked mechanism facilitating plant infection. Overall, our study reveals how dikaryotism uniquely shapes key eukaryotic genome features.

Autores: Rita Tam, Mareike Möller, Runpeng Luo, Zhenyan Luo, Ashley Jones, Sambasivam Periyannan, John P. Rathjen, Benjamin Schwessinger

Última actualización: Dec 12, 2024

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.11.628074

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.11.628074.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.

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