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O Silk Road contém recursos genômicos para melhorar as maçãs

Traduzido de Science Daily

The Legendary Silk Road – O trecho de 4.000 milhas entre a China e a Europa Ocidental, onde o comércio floresceu a partir do século 2 AC. Até ao século 14 DC – é responsável por uma das nossas frutas favoritas e mais valiosas: a maçã domesticada (Malus domestica).

Os viajantes que empacotavam lanches colhiam maçãs em um lugar, comiam e despejavam seus grãos a muitos quilômetros de distância. As sementes foram cultivadas em árvores em seus novos locais, cruzadas com espécies selvagens e criaram mais de 7.000 variedades de maçãs que existem hoje.

As hibridizações com espécies selvagens tornaram o genoma da maçã muito complexo e difícil de estudar. Uma equipe global de pesquisadores multidisciplinares, co-liderada por Zhangjun Fei, membro do corpo docente do Boyce Thompson Institute (BTI), e Gan-Yuan Zhong, cientista do USDA Agricultural Research Service (ARS) em Genebra, Nova York. – abordou este problema aplicando tecnologias de sequenciamento de última geração e algoritmos de bioinformática para montar conjuntos completos de ambos os cromossomos para a maçã domesticada e seus dois principais progenitores selvagens.

Os pesquisadores descobriram que a história de domesticação única da maçã levou a fontes de genes inexplorados que poderiam ser usados ​​para melhorar as safras, como melhorar o tamanho, sabor, doçura e textura.

“Os criadores poderiam usar essas informações detalhadas para melhorar as características que mais importam para os consumidores, que hoje são principalmente o sabor”, diz Fei, também professor associado adjunto da School of Integrative Plant Sciences (SIPS) da University of Cornell.

“Talvez o mais importante”, acrescentou ele, “a informação ajudará os produtores a produzir maçãs que são mais resistentes ao estresse e às doenças.”

A pesquisa é descrita em artigo publicado na Genética da natureza em 2 de novembro, com autores do BTI, Cornell University, Cornell AgriTech, do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) e da Shandong Academy of Agricultural Sciences.

Da Rota da Seda para Genebra, N.Y.

Segundo Fei, o novo estudo foi fruto de uma colaboração anterior, publicada em Comunicações da natureza em 2017, que traçou a história da domesticação e evolução da maçã ao longo da Rota da Seda.

Discussões de acompanhamento entre Fei, Zhong e outros colegas de Cornell os inspiraram a construir melhores e novos genomas de referência de maçã, aplicando novas tecnologias de sequenciamento e montagem ao material no Repositório Clonal do USDA de Genebra. O repositório, localizado na Cornell AgriTech, contém a maior coleção de acessos de maçã do mundo. Muitos desses acessos datam da Rota da Seda.

No presente trabalho, os pesquisadores sequenciaram, montaram e compararam os genomas de referência completos para três espécies: Gala, uma cultivar comercial superior de M. domestica; e os dois principais progenitores da maçã selvagem, a crabapple europeia (M. sylvestris) e a crabapple da Ásia Central (M. sieversii), que juntas respondem por aproximadamente 90% do genoma da maçã domesticada.

Os resultados fornecem aos produtores de maçã roteiros genômicos detalhados que podem ajudá-los a construir uma maçã melhor.

“Queríamos desenvolver novos genomas, especialmente pais selvagens, por causa do tremendo impacto que eles poderiam ter na compreensão da diversidade genética da maçã e na identificação de características úteis para a reprodução de novos cultivares”, disse Zhong, que também é professor associado. anexado em SIPS.

Comparando os três genomas, os pesquisadores foram capazes de identificar quais espécies-mãe contribuíram com os genes responsáveis ​​por muitas características na maçã domesticada. Por exemplo, a equipe descobriu que o gene que dá à maçã sua textura crocante está próximo ao gene que a torna suscetível ao mofo azul.

“Agora que sabemos exatamente onde estão essas duas regiões do genoma”, disse Fei, “os criadores podem encontrar uma maneira de manter o gene da textura e reproduzir ou editar o gene do mofo azul para produzir uma cepa mais resistente a doenças.” .

Descobrindo o que está faltando

A equipe também coletou pangenomos para as três espécies. Um pangenoma captura todas as informações genéticas de uma espécie, ao contrário de um genoma de referência que captura um organismo individual. Os pangenomos são especialmente importantes para espécies muito diversas, como a maçã.

A equipe identificou cerca de 50.000 genes no pangenome domesticado da maçã, incluindo cerca de 2.000 que não estavam presentes em genomas de referência publicados anteriormente para espécies de maçã. “Esses ‘genes ausentes’ acabaram sendo realmente importantes, porque muitos deles determinam as características de maior interesse para os produtores de maçã”, disse Fei.

Usando RNA extraído de diferentes estágios das frutas da Gala, eles também identificaram genes relacionados à textura, aroma e outras características da fruta que se expressaram preferencialmente entre as duas cópias dos genes.

“Isso fornece a nós e aos criadores uma compreensão ainda mais profunda da diversidade genética subjacente a uma determinada característica”, disse Zhong. “As descobertas ajudarão nosso grupo a gerenciar melhor e conservar mais de 6.000 acessos de maçã no Repositório Clonal do USDA de Genebra”, acrescenta Zhong, “além de nos permitir fornecer informações genéticas e genômicas críticas associadas aos acessos a criadores e outros. pesquisadores “. “

A equipe está planejando sequenciar outras espécies de maçãs silvestres, que Fei diz que podem ter características valiosas que podem melhorar a resistência ao estresse e a resiliência na maçã domesticada.

A pesquisa foi apoiada por um Acordo de Cooperação de Não Assistência entre USDA-ARS e BTI (No. 58-8060-5-015), e por doações da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (IOS-1855585 e IOS -1339287).



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