El amanecer de una nueva era para los bancos de genes

Un consorcio internacional de investigación liderado por el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivo (IPK Gatersleben) y apoyado por el centro de investigación iDiv ha caracterizado a nivel molecular una colección mundial que incluye muestras de semillas de un total de más de 22,000 de cebada.


En un estudio publicado en la revista Nature Genetics , los científicos inician una nueva era para los bancos de genes que se transforman de museos de la diversidad de cultivos anteriores en centros de recursos biodigitales.


Los bancos de genes almacenan muestras de cultivares, variedades locales y parientes silvestres de plantas cultivadas de todo el mundo para salvaguardar nuestro patrimonio agrícola y explotarlo para futuras mejoras de cultivos. El banco federal alemán de genes ex situ en IPK en Gatersleben alberga una de las colecciones de plantas cultivadas más completas del mundo, incluidas 22,000 muestras de semillas de cebada. Bajo el liderazgo del IPK Gatersleben, investigadores del Centro Alemán para la Investigación Integrada de la Biodiversidad (iDiv), el Instituto Julius Kühn (JKI, Centro Federal Alemán de Investigación de Plantas Cultivadas) en Quedlinburg y la Universidad de Göttingen colaboraron con colegas de Japón, China , y Suiza. Esta cooperación internacional reveló qué tan bien la colección IPK representa la diversidad global de la cebada. Una sola planta fue genotipada para cada una de más de 22, 000 muestras de semillas, lo que permite a los científicos identificar muestras duplicadas dentro de la colección. Al abrir nuevas formas de gestión de la calidad genéticamente informada, este amplio conjunto de datos también guía el uso efectivo de la colección en la investigación y la cría mediante la localización de líneas para una caracterización más profunda.


El Dr. Nils Stein (IPK Gatersleben y la Universidad de Göttingen) dice: “Esta publicación nos permite describir completamente la amplia gama de diversidad morfológica de un banco de genes mundial en términos de genética molecular”. Para hacer esto, Stein y su equipo utilizaron un método llamado genotipado por secuenciación (GBS). La secuencia completa de ADN de la variedad de cebada Morex, que se lanzó en 2017, forma la base del presente trabajo. Sirve como un anclaje de secuencia de alta calidad para la información de GBS. Para caracterizar la diversidad genética entre las formas de cebada cultivada y salvaje a lo largo de todo el genoma, los investigadores buscaron los llamados SNP (polimorfismos de un solo nucleótido). En total, encontraron más de 171,000 de estas pequeñas variantes de ADN en el enorme genoma de la cebada que consta de 5 mil millones de pares de bases. Stein agrega: “

Almacenamiento permanente de diferentes accesiones de cebada en la cámara frigorífica del banco de genes. Crédito: IPK Gatersleben

“Ahora podemos sacar conclusiones sobre el origen, el área de distribución y la relación entre las poblaciones de cebada alojadas en nuestra colección. Todos los datos genéticos digitales son accesibles al público y las consultas dirigidas pueden enviarse en línea. Una base de datos de vanguardia combina la información tradicional. los registros de pasaportes con los nuevos datos moleculares para informar las aplicaciones de investigación y reproducción, “explica el Dr. Martin Mascher, del IPK y iDiv, quien fue uno de los líderes del estudio.


La combinación de datos de campo históricos del banco de genes. El análisis molecular moderno es un escaparate impresionante de las oportunidades que aún permanecen latentes en los bancos de genes de todo el mundo. Los nuevos métodos de investigación y las colaboraciones internacionales han allanado nuevos caminos para la preservación y el uso de esta valiosa diversidad genética. El Prof. Frank Ordon del Instituto Julius Kühn (JKI) señala: “El conocimiento detallado sobre la variabilidad genética y su uso son requisitos previos para la cría de nuevas variedades adaptadas a un entorno cambiante. En el futuro, los fitomejoradores tendrán que lidiar con el calor, “el estrés por sequía y los nuevos patógenos y también deben adaptarse a los cambios relacionados con el uso de fertilizantes y pesticidas. Los genes que codifican propiedades clave se pueden detectar en especies nativas o especies silvestres relacionadas más rápidamente y se pueden usar en la reproducción”.

Variedad ilustrada de diferentes accesiones de cebada. Crédito: IPK Gatersleben

En el pasado, la falta de datos genéticos a nivel de colecciones completas limitaba las aplicaciones prácticas de la diversidad genética en el mejoramiento y la investigación. Gracias al nuevo análisis y los datos de investigación abiertos, ahora será posible buscar en 22,626 muestras de semillas de cebada. Para albergar este recurso único, los investigadores desarrollaron el Almacén de datos BRIDGE como primeros pasos hacia un centro de recursos bio-digital.


Más información: Sara G. Milner et al, Genebank genomics destaca la diversidad de una colección global de cebada, Nature Genetics (2018). DOI: 10.1038 / s41588-018-0266-x 


Referencia del diario: Nature Genetics  


Proporcionado por: Centro Alemán para la Investigación Integrada de la Biodiversidad (iDiv) Halle-Jena-Leipzig


Información de: phys.org

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