Los investigadores completan la secuenciación de los genomas de las variedades Frantoio y Leccino
Tras dos años de minucioso trabajo, los investigadores están un paso más cerca de descubrir por qué algunos olivos son más resistentes a los efectos del cambio climático.
Un equipo internacional de investigadores ha secuenciado el genoma completo de las variedades de olivo Leccino y Frantoio.
La secuenciación genómica de estas dos variedades autóctonas italianas, que ahora se cultivan en docenas de países, permitirá a los investigadores compararlas y allanará el camino para una comprensión más profunda de la genética del olivo.
«En tiempos de cambio climático, saber más sobre la genómica del olivo significa saber más sobre cómo reaccionan estos árboles ante factores de estrés ambiental importantes y, en ocasiones, nuevos», afirmó Luca Sebastiani.
«La secuenciación nos permite disponer de un vocabulario con el que entender por qué estas dos variedades son diferentes». —
El coordinador del estudio, que también es profesor titular de ciencias hortoculturales en la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, declaró a Olive Oil Times que la genómica podría dar lugar a olivares más resilientes en la cuenca del Mediterráneo.
«Para adaptarnos al cambio climático, necesitamos genotipos resistentes, así como técnicas agronómicas adecuadas», afirmó Sebastiani. «Si hay esquecesia de agua, será necesitario el riego, pero también se necesitarán varedades que utilicen el agua de forma eficiente. También existen desafíos relaccionados con el aumento de las temperaturas, la nueva sensibilidad a los patógenos y los ataques de insectos».
«El mapeo genético es una de las herramientas que nos puede permitir encontrar soluciones más rápidamente», añadió.
Aunque la edición genética del olivo aún se encuentra en una fase incipiente, la comparación de los genomas de las dos variedades podría dar lugar a árboles más resistentes más rápidamente que los programas de mejora genética tradicionales.
Genética frente a genómica
La genética es el estudio de los genes individuales, cómo influyen en los rasgos y la herencia. La genómica es el estudio de todos los genes del genoma y sus interacciones entre sí y con el entorno.
Tanto Frantoio como Leccino están bien documentadas en la literatura científica, al igual que su comportamiento al hacer frente al estrés ambiental.
«Sus respuestas al estrés, tanto a la sequía como, sobre todo, a la salinidad, son modelos muy interesantes, porque Frantoio es tolerante, mientras que Leccino lo es menos», afirmó Sebastiani.
«Llevamos años trabajando para explicar el mecanismo que subyace a esta diferencia, pero sin datos genómicos siempre resultaba difícil comprender plenamente qué genes podrían estar implicados», añadió.
Véase también: Las aceitunas con mayor contenido en fenoles son más resistentes a la antracnosis«La secuenciación nos permite disponer de un vocabulario con el que entender por qué estas dos variedades son diferentes», señaló Sebastiani.
Según los investigadores, la práctica habitual de seleccionar variedades de aceituna mediante el fitomejoramiento tradicional requiere mucho tiempo y no siempre ofrece los mejores resultados.
En su artículo, los investigadores señalaron que se obtienen resultados dispares ya que «falta en gran medida información molecular precisa sobre la ubicación y la estructura de los genes». Los científicos tardaron más de dos años en completar el mapeo.
«Lo conseguimos gracias a los fondos del Plan Nacional de Recuperación y Resiliencia de Italia y al hecho de que somos un grupo bastante numeroso», afirmó Sebastiani, que también incluía a colegas de la Universidad de Arizona y de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología de Arabia Saudí.
Se encontró un alto porcentaje de repeticiones terminales largas en ambas variedades, lo que indica una similitud significativa en su genoma.
Las secuencias repetidas de ADN no son aleatorias, ya que están determinadas por la evolución y pueden desempeñar funciones importantes, como ayudar a mantener la estabilidad y la integridad del genoma.
«Aún no sabemos muy bien cómo interactúan las diferentes partes del genoma», dijo Sebastiani. «Ahora que disponemos de esta información en diferentes cultivares, podemos empezar a ver esas diferencias, y esto podría ayudarnos a comprender mejor la especie en los próximos años».
Comparó el reto al que se enfrentaron los investigadores al secuenciar los genomas de los dos cultivares con completar un rompecabezas en el que la mitad de las piezas son de un cielo azul claro.
«En tal caso, encajar las piezas del rompecabezas es mucho más complicado en comparación con uno que presenta muchas variaciones», dijo. «Esto supone un problema en las aceitunas, porque tenemos muchas regiones altamente repetitivas».
Localizar la posición de los genes dentro de un genoma es fundamental para transformar las secuencias de ADN en bruto en conocimiento práctico, y ayuda a los investigadores a vincular un gen con un rasgo específico, como el rendimiento, la composición del aceite o la resistencia a plagas y enfermedades.
Este conocimiento acelera los programas de mejora genética, sustituyendo la selección lenta y aleatoria por enfoques específicos.
La posición de los genes también revela cómo se regulan e interactúan, lo que ofrece información sobre la adaptación y la domesticación.
En el caso del olivo, los mapas precisos permiten a los científicos comparar cultivares, rastrear los cambios evolutivos y diseñar herramientas de precisión, como el mejoramiento asistido por marcadores o la edición genética, para desarrollar variedades más resistentes y de alta calidad.
«Esta cartografía de alta calidad solo se puede realizar cuando se dispone de técnicas que secuencian fragmentos muy grandes, lo que facilita el proceso», afirmó Sebastiani.
«A lo largo de los años, se ha producido una enorme evolución en las técnicas», añadió. «Hoy en día contamos con PacBio, que permite secuenciar fragmentos de ADN más largos, algo que antes no era posible».
En una situación de estrés, como la inducida por la salinidad del suelo o la sequía, es posible que solo intervengan unos pocos genes, observándose diferencias entre los dos cultivares.
«Una pequeña diferencia en la estructura del gen, o incluso en la región promotora que regula el grado de actividad del gen, puede hacer que un gen no funcione en absoluto, que sea menos activo o que sea más activo», explicó Sebastiani.
Añadió que identificar y comprender las diferencias es crucial.
«Si comprendo que un gen implicado en un determinado tipo de estrés tiene una estructura en Frantoio y otra en Leccino, y que funciona mejor en Frantoio y peor en Leccino, entonces también puedo utilizar técnicas de análisis de la expresión génica, con secuenciación de ARN u otras tecnologías, para ver si esa variación estructural afecta a la actividad», dijo Sebastiani.
«Si descubro que sí lo hace, ahora también disponemos de la edición genética», añadió. «En las aceitunas, todavía no es muy eficaz, pero podría reescribir el gen de Leccino para imitar la forma del gen de Frantoio, transfiriendo esa información para que funcione de manera diferente».
Sin embargo, Sebastiani explicó que la investigación sobre la edición de genes del olivo se encuentra todavía en sus primeras fases de experimentación en comparación con otras especies.
«También trabajo con el álamo [el género que agrupa a 35 especies de sauces] con mi grupo», dijo Sebastiani. «En el álamo, ya podemos hacerlo. En los olivos, el problema siguen siendo las dificultades de transformación con estas técnicas de edición; podría llevar años».
Aunque se han producido rápidos avances en la tecnología de edición genética, Sebastiani reconoció que era imposible estimar cuánto tiempo podría llevar.
Aun así, espera que el rápido desarrollo de la genómica y las tecnologías relacionadas pueda tener un impacto en un plazo relativamente corto en comparación con los enfoques anteriores.
«Hoy en día, incluso utilizando técnicas tradicionales pero con la ayuda de la biología molecular, si cruzo Leccino y Frantoio para transferir la tolerancia a la sal, tendría que esperar a que la planta creciera y luego someterla a pruebas. Eso lleva mucho tiempo», afirmó.
«Si, en cambio, busco directamente la estructura del gen, ya puedo rastrearlo mediante la genómica u otras técnicas», añadió Sebastiani. «Hoy en día puedo incluso secuenciar todo el genoma a un coste reducido y, como ya dispongo del genoma de referencia, puedo ver exactamente dónde se encuentra ese gen y en qué posición».
«Podría tomar el Leccino, sabiendo que dos o tres genes aumentan la tolerancia, y modificar solo esos», señaló. «Con la edición, si todo funcionara, en uno o dos años se podría hacer en el laboratorio. Eso supondría un gran paso adelante».
La genómica y la cartografía de los genes del olivo podrían allanar el camino hacia un nuevo enfoque de la olivicultura.
Mientras que el cultivo tradicional suele implicar olivares centenarios, los nuevos olivares plantados con variedades de olivo editadas genéticamente podrían resultar cruciales para sostener la producción en un contexto de clima mediterráneo más cálido y seco.
«Estos nuevos conocimientos podrían traducirse en cambios en la productividad, la innovación y las soluciones para los productores», afirmó Sebastiani.
El equipo de investigación utilizará la nueva información genómica para comprender mejor las diferencias entre los dos cultivares en respuesta al estrés salino.
«También tenemos previsto, si es posible, secuenciar más variedades que nos interesan por sus respuestas a otros tipos de estres, incluidos los contaminantes», concluyó Sebastiani. «Sin duda, utilizaremos la genómica para compreender mejor los mecanismos».