Los científicos descubren los secretos genéticos de las nueces

Una colaboración internacional revela los secretos genéticos de especies en peligro de extinción, desde árboles hasta cacatúas y corales de aguas profundas.

Las nueces son suaves y aceitosas, con un ligero sabor a nuez que persiste en la lengua. A pesar de su sabor único, pocos estadounidenses han probado alguna vez este nativo en peligro de extinción. Ahora, estudiantes de la Universidad de Connecticut han publicado el primer mapa completo del árbol inusual. ADN En G3.

La misión más grande: preservar la biodiversidad

La nuez es la primera de su tipo en un ambicioso esfuerzo por registrar el ADN de una especie en peligro de extinción y pasada por alto. Clasificar Antes de que se vayan. La calabaza de fresno, el arrecife de coral de aguas profundas y la cacatúa de ventilación roja son algunos de los otros organismos cuyos genes están siendo cuidadosamente secuenciados por el equipo de Genómica de Biodiversidad y Conservación del Instituto de Genómica de UCLA. El programa brinda a los estudiantes universitarios un año completo de capacitación sobre cómo secuenciar, reconstruir y describir el código genético completo de una sola especie.

Otros miembros del equipo incluyen Oxford Nanopore Technologies y científicos del Instituto de Genómica de Sistemas (ISG). Los estudiantes que trabajan con especies específicas también colaboran con personas en el terreno para tomar decisiones de restauración y conservación. Para las nueces, esto incluye el Servicio Forestal del USDA.

Lo que todos los organismos que secuencian tienen en común es que son especies en peligro de extinción sin antecedentes de usos agrícolas, médicos o científicos importantes.

Resumen de especies

Nuez Juglans cinereaPor ejemplo, es un tipo de nuez originaria de Norteamérica que se asemeja a una nuez negra pero tiene la nuez alargada y muy aceitosa. A veces se recolectaba por su aceite y se cosechaba por su madera. Los nogales están desapareciendo ahora después de que un hongo importado de Asia los mata, y los pocos que sobreviven tienden a no ser nueces puras sino híbridos de nueces japonesas, que se cruzan fácilmente con nueces y tienen cierta resistencia a los hongos. La calabaza de fresno es una de las 16 especies de fresno de América del Norte asesinadas por el barrenador esmeralda del fresno. El periquito de ventilación roja está en peligro crítico de extinción debido a la pérdida de hábitat y la caza furtiva. Los arrecifes de coral de aguas profundas están amenazados por la acidificación de los océanos, que amenaza su capacidad para formar esqueletos de carbonato de calcio.

Muchos de estos organismos no han sido bien estudiados científicamente. Hasta hace poco, secuenciar el ADN de un organismo requería mucho tiempo y era caro. A menudo no existen genomas de referencia, ni secuencias completas de su código genético, para familias enteras de organismos.

«Los genomas de los corales de aguas profundas son increíblemente escasos. ¡Sólo hay dos especies publicadas de 5.000! Esta puede ser la tercera», dice la directora del ISG y bióloga genómica Rachel O’Neill, co-investigadora del proyecto.

Los genomas de los corales de aguas profundas son particularmente interesantes porque las aguas profundas, como la acidificación de los océanos, dificultan que los corales absorban carbonato de calcio del agua, pero los corales de aguas profundas logran hacerlo de todos modos. Comprender qué genes hacen esto posible también puede ayudarnos a comprender cómo los corales de aguas poco profundas pueden sobrevivir a la acidificación.

Ciencia de supervivencia

Otros organismos pueden tener otros secretos. Las enfermedades fúngicas propagadas por el comercio hortícola están matando rápidamente árboles en los grandes bosques de Asia, Europa y América. La secuenciación de los genomas de especies relacionadas que han evolucionado con diferentes enfermedades (como el nogal y el nogal japonés) podría brindar información valiosa sobre qué genes proporcionan qué tipo de resistencia. Quizás podamos salvar especies reemplazando un solo gen. Aunque la nuez japonesa no está en peligro de extinción, el equipo está secuenciando su genoma este año precisamente por esta razón.

«Estamos interesados ​​en saber cuántas poblaciones de nueces se han hibridado realmente con nueces japonesas y qué contribuye a la resistencia genética» a la infección por hongos, dice la bióloga computacional Jill Wegrzyn, investigadora principal del equipo.

Además del interés práctico que supone secuenciar estos genomas, también es interesante simplemente porque son diferentes de cualquier otra cosa que nadie haya examinado. La ploidía, o número de copias de un cromosoma, podría ser muy diferente de lo que cualquiera suponía. La mayoría de los animales son diploides: tienen dos copias de cada cromosoma, una de la madre y otra del padre. Algunas plantas pueden ser triploides o tetraploides, es decir, tienen tres o cuatro copias de cada una. Pero el árbol de calabaza de fresno que el equipo está secuenciando este año va aún más allá.

«Es… tal vez… ¡octaploide!» dice Emily Strickland. Comenzó a trabajar en la calabaza de fresno como un proyecto de investigación independiente, lo encontró más complejo de lo que nadie esperaba y ahora está trabajando en ello como parte de un equipo de genómica de conservación y biodiversidad.

Orígenes e impacto del proyecto

El programa comenzó el año pasado con una subvención de la Iniciativa Tierra y su Futuro de la Facultad de Ciencias y Artes Liberales, y luego fue apoyado por ISG, con apoyo financiero de Oxford Nanopore Technologies y org.uno, Del cual el Centro de Innovación Genómica del ISG es socio internacional. Org.one es un proyecto de Oxford Nanopore para desarrollar conjuntos de genomas de alta calidad para varias especies de plantas y animales amenazadas. ADN de nanoporos de Oxford/ARN La tecnología de secuenciación proporciona análisis en tiempo real que pueden secuenciar cualquier longitud, desde corta hasta muy larga, una flexibilidad esencial para ensamblar genomas de referencia. Si el genoma fuera un libro, estaría formado por frases completas en lugar de palabras sueltas, lo que haría que su compilación fuera mucho más rápida.

Para muchos de los 11 estudiantes universitarios involucrados en el proyecto, esta es su primera experiencia de investigación. Muchos de ellos lo eligieron por su impacto práctico.

«Me gustó mucho la idea de utilizar técnicas computacionales para resolver problemas sobre el terreno. «En términos de conservación, podemos hacer mucho», afirma Emily Trebulk, que formó parte del equipo que secuenció el genoma de la nuez el año pasado y escribió el artículo que acaban de publicar, que regresó como mentora este año. Otros estudiantes señalan que realizar una investigación real como parte de este proyecto es muy diferente de la experiencia típica en el aula en la que todo está diseñado para funcionar.

“Te obliga a comunicarte, colaborar y buscar respuestas tú mismo antes de pedir ayuda”, dice Harshita Akela.

Referencia: “Conservación de la nuez norteamericana amenazada: un genoma de referencia de todo el cromosoma para la nuez (Juglans cinerea)” por Christopher R. Guzman Torres, Emily Tribulk, Hannah LeVasseur, Harshita Akela, Maurice Amy, Emily Strickland, Nicole Pawlowski, Martin Williams, Jane Romero Severson, Sean Hoban, Keith Woesty, Carolyn C. Pike, Carl C. Vetter, Cynthia N. Webster, Michelle L. Nitze, Rachel J. O’Neill y Jill L. Wejerzyn, 13 de septiembre de 2023. Genes G3|genomas|genética.
doi: 10.1093/g3journal/jkad189

El genoma de referencia del equipo de genómica de conservación y biodiversidad de frutos secos se puede encontrar aquí: https://gitlab.com/PlantGenomicsLab/butternut-genome-assembly.