Avances en el genoma de la manzana WA 38

Tener buenos Genomas para cultivos importantes nos ayuda a conocer cualidades como el sabor, la resistencia a enfermedades y cuánto tiempo pueden conservarse. Las manzanas son la fruta más consumida en Estados Unidos, generando $3.2 mil millones de las granjas y $78 mil millones a nivel mundial. Hay más de 7,000 tipos diferentes de manzanas cultivadas, cada una con su propio sabor y apariencia. Por eso, un genoma de manzana no puede representar todas las variedades, ya que hay mucha diversidad en esta especie.

Un ejemplo es la manzana 'WA 38', conocida como Cosmic Crisp® desde 2017. Fue desarrollada por el Programa de Mejoramiento de Frutas en Poma de la Universidad Estatal de Washington. 'WA 38' es una mezcla de dos tipos de manzanas: 'Honeycrisp' y 'Enterprise'. La 'Honeycrisp' es popular por su textura crujiente y su capacidad para mantenerse firme en almacenamiento, pero tiene problemas durante el cultivo y después de la cosecha. 'Enterprise', aunque es más fácil de cultivar y se puede almacenar por mucho tiempo, no sabe tan bien comparada con otros tipos.

El cruce entre estas dos variedades ha recibido buenos comentarios por su bonito color, sabor y propiedades de almacenamiento. Sin embargo, también ha heredado algunos Rasgos negativos, como problemas relacionados con los niveles de minerales que pueden afectar la calidad y el sabor de las manzanas. Un problema preocupante es el “punto verde”, un desorden que aparece de manera única en las manzanas 'WA 38', pero que es similar a otras condiciones vinculadas a problemas minerales.

Las causas de estos desórdenes fisiológicos pueden diferir entre las variedades de manzanas, y puede haber razones genéticas detrás de ellos. Por lo tanto, es importante mirar de cerca las diferencias genómicas específicas en las manzanas para manejar mejor estas cualidades importantes.

#El Desarrollo del Genoma de ‘WA 38’

La manzana 'WA 38' fue creada en la Universidad Estatal de Washington, combinando rasgos de sus manzanas progenitoras. Para crear genomas de referencia de alta calidad, es esencial contar con bioinformáticos capacitados. Un proyecto llamado American Campus Tree Genomes (ACTG) se inició en 2021 para capacitar a futuros bioinformáticos en investigación agrícola. El ACTG pretende dar a los estudiantes experiencia práctica en investigación en bioinformática y ayudarlos a participar en proyectos genómicos de principio a fin.

El genoma de 'WA 38' fue desarrollado a través de la iniciativa ACTG por estudiantes de la Universidad Estatal de Washington. Hay tres resultados principales de este proyecto:

1. Un genoma completo y de alta calidad de 'WA 38' creado con métodos de Secuenciación avanzados.
2. Descubrimiento de áreas específicas de interés al comparar el genoma de 'WA 38' con otros cultivares de manzana importantes.
3. Creación de un flujo de trabajo flexible y de alto rendimiento para la ensamblaje y Anotación del genoma.

#Flujo de Trabajo Disponible para el Público

Para asegurar que otros puedan replicar el estudio, el flujo de trabajo para la Ensamblaje y Anotación del Genoma Completo de ‘WA 38’ (WGAA) se ha hecho disponible en línea. Este flujo de trabajo es detallado, especificando los métodos utilizados y cómo replicar los pasos. Para facilitar su uso en diferentes sistemas informáticos, cada software utilizado ha sido empaquetado y compartido. Cualquiera puede seguir este flujo de trabajo para conseguir los mismos resultados.

Este flujo de trabajo ha sido diseñado para ser útil para muchas especies de plantas diferentes. El proyecto ACTG también está creando un flujo de trabajo general que beneficiará a toda la comunidad ACTG. Se ha creado un repositorio para compartir materiales educativos para los instructores involucrados en este proyecto. Este repositorio incluye plantillas y materiales de enseñanza destinados a mejorar el curso para futuros estudiantes.

#Evaluación de la Calidad de la Secuencia del Genoma

Para comenzar el proceso, se verificó la calidad de los datos de secuenciación de ADN crudo. Los datos de lecturas cortas mostraron alta calidad, con millones de lecturas disponibles. De manera similar, los datos de lecturas largas también mostraron buena calidad. Juntos, estos resultados indican un alto estándar de secuenciación.

La complejidad del genoma se estimó a través de un análisis de k-mer, que observa la frecuencia de las secuencias de ADN. Se encontró que la heterocigosidad estimada era de alrededor del 1.35%, lo que se alinea con las observaciones de 'Honeycrisp'. El tamaño estimado del genoma fue menor que el de otras manzanas, pero la singularidad de las secuencias estaba dentro de los rangos esperados.

#Ensamblaje del Genoma y Estructuración

El genoma se ensambló en dos haplotipos principales utilizando los datos de lecturas cortas y largas. Cada haplotipo se estructuró de manera similar, mostrando buena calidad. Se encontró que el ensamblaje de 'WA 38' tenía fuertes niveles de continuidad en comparación con otros genomas de manzana, lo que lo convierte en un genoma notable.

El ensamblaje fue validado adicionalmente a través de mapeo Hi-C, que no reveló errores en el proceso de ensamblaje. Cada haplotipo fue cuidadosamente verificado y mostró alta completitud basada en varios criterios.

#Anotación Estructural

El genoma de 'WA 38' contiene un porcentaje significativo de elementos genéticos repetitivos, comparable a otras manzanas. Estos elementos repetitivos son en su mayoría repeticiones terminales largas. El espacio genético fue anotado usando una mezcla de métodos de predicción, arrojando miles de genes, más de lo que se ha visto en la mayoría de los otros genomas de manzana.

Se utilizaron métodos únicos para refinar los modelos de genes y añadir características específicas, asegurando un alto nivel de precisión. Los genes resultantes fueron nombrados según una convención específica para evitar confusiones y mejorar estudios futuros.

#Anotación Funcional

La anotación funcional analiza qué hacen estos genes. Una gran mayoría de las proteínas identificadas en 'WA 38' fueron asignadas a términos funcionales de varias bases de datos. Hubo una buena superposición con otras proteínas de manzana conocidas, lo que ayuda a comprender las funciones de los genes.

#Análisis Comparativos

Para ver cómo se compara el genoma de 'WA 38' con otras variedades de manzana, se realizaron análisis de sintecnia y familias de genes. Muchas de las familias de genes se compartieron entre diferentes genomas de manzana, lo que indica muchas similitudes. Sin embargo, se encontraron algunas familias de genes únicas en 'WA 38'.

Este nivel de análisis ayuda a identificar tanto las características compartidas como los rasgos únicos de este cultivar en comparación con otros.

#Genomas de Cloroplasto y Mitocondrial

El genoma de cloroplasto de 'WA 38' es más pequeño que el de muchas especies de manzana relacionadas, pero contiene una estructura estándar. Se identificaron muchos genes únicos, similar a otros tipos de manzanas.

El genoma mitocondrial, aunque más largo, también mostró una buena variedad de genes anotados. Ambos genomas de orgánulos fueron cuidadosamente anotados para asegurar que todos los genes relevantes estuvieran incluidos.

#Conclusión

El trabajo realizado en el genoma de 'WA 38' es un paso importante para entender este cultivar de manzana tan popular. El genoma refinado proporciona datos vitales para investigar más sobre sus rasgos únicos y beneficios para la salud. El proyecto también establece un precedente para la capacitación y la investigación futura en genómica agrícola, abriendo el camino para mejorar la gestión y calidad de cultivos en el futuro.

Este trabajo destaca la importancia de los esfuerzos colaborativos en la investigación agrícola y la formación de la próxima generación de científicos en bioinformática y genómica. Los recursos y métodos compartidos servirán como base para el progreso continuo en el campo de la genómica agrícola, beneficiando a criadores y consumidores por igual.

En resumen, la investigación no solo busca comprender mejor el genoma de 'WA 38', sino que también ayuda a otros en el campo a construir sobre este conocimiento, llevando a mejores frutas para todos.

Al crear un flujo de trabajo detallado y hacerlo disponible para otros, este proyecto fomenta un ambiente colaborativo donde pueden florecer ideas y avances. La meticulosa evaluación de la calidad y los procesos de ensamblaje aseguran que el genoma pueda servir como una referencia confiable para estudios futuros, mientras que los análisis funcionales y comparativos dan un contexto valioso a los datos genéticos.

Juntos, estos esfuerzos contribuyen a un cuerpo de conocimiento que puede ayudar a mejorar las variedades de manzana y potencialmente otros cultivos, mostrando el papel integral de la genómica en la agricultura hoy en día.