Un nuovo confronto e analisi dei genomi delle specie nel genere Malus, che include la mela domestica e i suoi parenti selvaggi, ha rivelato le relazioni evolutive tra le specie e come i loro genomi si sono evoluti negli ultimi quasi 60 milioni di anni. Il team di ricerca ha identificato le variazioni strutturali tra i genomi e i metodi sviluppati per identificare i geni associati a tratti desiderabili, come la gustosità e la resistenza alle malattie e al freddo, che potrebbero aiutare a guidare i futuri programmi di allevamento di mele.
Un documento che descrive la ricerca, condotto da un team internazionale che include i biologi di Penn State, è apparso questa settimana (16 aprile) sul Journal Genetica naturale.
“Ci sono circa 35 specie nel genere Malus, ma nonostante l’importanza della mela come coltura di frutta, non c’è stato un vasto studio di come si siano evoluti i genomi di questo gruppo”, ha affermato Hong Ma, Huck Chair in Plant Reproductive Development and Evolution e Professor of Biology presso il Eberly College di Scienze di Penn State e un autore della carta. “In questo studio, siamo stati in grado di fare un’immersione profonda nei genomi di Malus, stabilire un albero genealogico di mela, documentare eventi come duplicazioni di genoma intero e ibridazioni tra le specie e trovare regioni del genoma associate a tratti specifici, come la resistenza alla malattia delle crosta di mela.”
Il team di recente sequenziamento e assemblato i genomi di 30 membri del genere, tra cui la deliziosa varietà di mele dorate domestiche. Delle 30 specie, 20 sono diploidi, il che significa che hanno due copie di ciascun cromosoma, come l’uomo, e 10 sono poliploidi, con tre o quattro copie di ciascun cromosoma, probabilmente a causa di un’ibridazione relativamente recente di diploide e altri parenti in Malus. Confrontando la sequenza di quasi 1.000 geni di ciascuna specie, i ricercatori hanno costruito un albero genealogico del genere e quindi hanno usato l’analisi biogeografica per tracciare la sua origine a circa 56 milioni di anni fa in Asia.
“La storia evolutiva del genere è piuttosto complessa, con numerosi esempi di ibridazione tra specie e un evento di duplicazione del genoma intero condiviso che rendono difficili i confronti”, ha detto Ma. “Avere genomi di alta qualità per un numero così elevato di specie nel genere e comprendere le relazioni tra loro ci ha permesso di scavare più a fondo nel modo in cui il genere si è evoluto.”
Per analizzare ulteriormente la storia e l’evoluzione dei genomi di Malus, il team ha esaminato i 30 genomi sequenziati in un approccio analitico chiamato Pan-Genomics. Questo approccio prevedeva un confronto completo sia per geni condivisi o conservati, e altre sequenze, come i trasposoni – a volte chiamati geni di salto per la loro capacità di muoversi nel genoma – attraverso i 30 genomi, nonché geni che sono presenti solo nei sottoinsiemi dei genomi. Le analisi pan-genomiche combinano le informazioni genomiche da un gruppo strettamente correlato per comprendere la conservazione e evolutiva e le divergenze e sono state notevolmente facilitate dallo strumento grafico pan-genoma.
“L’uso del pan-genoma di 30 specie era potente per rilevare la variazione strutturale, nonché duplicazioni e riarrangiamenti genici, tra le specie che potrebbero essere mancate da confronti di solo pochi genomi”, ha detto Ma. “In questo caso, una delle varianti strutturali scoperte ci ha permesso di individuare il segmento del genoma associato alla resistenza alla crosta di mele, una malattia fungina che colpisce le mele in tutto il mondo.”
Il team ha anche sviluppato uno strumento di analisi del genoma del pan-genoma per aiutare a trovare prove di spazzate selettive, un processo in cui un tratto benefico aumenta rapidamente di frequenza in una popolazione. Usando questo metodo, hanno identificato una regione del genoma responsabile della resistenza al freddo e delle malattie nelle specie di malus selvatiche che possono anche essere correlate a sapore spiacevole nella frutta.
“È possibile che negli sforzi per produrre il frutto del gusto migliore, ci sia stata una riduzione involontaria della resistenza delle mele domestiche”, ha detto Ma. “Comprendere le variazioni strutturali nei genomi di Malus, le relazioni tra le specie e la loro storia di ibridazione mediante analisi del pan-genoma potrebbero aiutare a guidare i futuri sforzi di riproduzione in modo che i tratti benefici per il buon gusto e resistenti alle malattie possano essere mantenuti nelle mele.”
Oltre a MA, il gruppo di ricerca includeva anche il ricercatore post -dottorato Taikui Zhang presso Penn State. I contributi di Ma e Zhang a questa ricerca sono stati supportati dall’Eberly College of Science e dal Huck Institutes of the Life Sciences di Penn State. Un elenco completo di collaboratori e finanziatori è disponibile nel documento.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com