Por: Mauricio Peñuela
La recombinación cromosómica es un fenómeno biológico que ocurre durante la meiosis de las células germinales que dan origen a las células sexuales en plantas y animales, y consiste en un intercambio entre material genético de origen paterno y materno a partir del entrecruzamiento de los cromosomas. Este proceso es una de las principales fuentes de diversidad genética dado que “revuelve” la información contenida en el ADN y genera nuevas combinaciones. Este fenómeno también permite explicar por qué los hermanos de una misma pareja no son idénticos, pues, aunque comparten los genes de sus padres, estos poseen diferentes combinaciones.
Dicha recombinación no es uniforme a lo largo de los cromosomas. Lugares como los brazos cromosómicos tienen altas tasas de recombinación, mientras que en la región central tienen poca o ninguna. Entender cómo ocurre este proceso es de vital importancia en plantas de interés agronómico, ya que los genes ubicados en los lugares de alta recombinación podrán ser heredados más fácilmente a la siguiente generación en un esquema de cruces, mientras que los ubicados en lugares de baja recombinación, probablemente no pasen a una siguiente generación o lo hagan en una proporción muy baja.
Los mejoradores de plantas realizan mapas de recombinación para poder entender este proceso. Su principal dificultad radica en que para construir este tipo de mapas deben hacer cruce entre plantas parentales y generar cientos de plantas hijas. Estas plantas hijas tienen ya el material genético “revuelto”, pero no es estable, así que, para generar líneas puras estables, cada una de esas plantas debe ser autofecundada por varias generaciones, (entre 5 y 12 por lo general). Este proceso puede tardar varios años dependiendo del ciclo de cada planta, pues se deben obtener las semillas en cada generación para poder continuar. Cuando las líneas puras están listas, se les extrae ADN y se realiza un proceso de secuenciación para obtener marcadores genéticos, lo cual es un proceso muy costoso. Posteriormente, se deben realizar análisis bioinformáticos complejos para ensamblar el ADN y poder procesar la información, para finalmente poder construir el mapa de recombinación cromosómica.
Sin embargo, este mapa de recombinación cromosómica solo explica el proceso para el cruce planteado, si queremos hacer un cruce entre otros parentales, la información contenida en el mapa ya no será precisa, y se deberá repetir el proceso. Razón por la cual existe la necesidad de poder predecir este tipo de mapas sin necesidad de realizar este flujo de trabajo experimental que toma años de trabajo y mucho dinero.
En el instituto iÓMICAS, el investigador Postdoctoral Mauricio Peñuela junto con la estudiante del doctorado en Ingeniería y Ciencias, Camila Riccio Rengifo y profesores de la Pontificia Universidad Javeriana Cali, han desarrollado modelos matemáticos para predecir mapas de recombinación cromosómica en cultivos de arroz. Los investigadores han utilizado los genomas publicados de dos variedades (IR64 y Azucena que están disponibles en el repositorio de GenBank), y han utilizado esta información para conectarla con mapas de recombinación para los doce cromosomas que posee el arroz.
Su modelo matemático trabaja con un alineamiento entre los dos genomas y utiliza las diferencias entre ellos cuantificadas como; variantes, inversiones y bases ausentes por ventanas de 100.000 pares de bases como variables de entrada, las cuales son utilizadas en funciones condicionales que predicen la tasa de recombinación para cada ventana. De esta manera han ajustado un modelo que calibrado en el cromosoma 1 del arroz, ha permitido predecir eficazmente la recombinación en los 11 cromosomas restantes. A su vez, se ha calibrado con todos los cromosomas obteniendo resultados semejantes.
Predicciones del modelo en el cromosoma 1 del arroz
Esta investigación representa un gran avance en el mejoramiento genético de plantas, dado que les permitirá a los mejoradores de arroz, trabajar con mapas de recombinación predichos para los parentales que deseen cruzar solo utilizando la información genómica publicada y evitando así desarrollar largos y costosos experimentos. Por lo que su aplicación a diferentes variedades de arroz u otros tipos de cultivos impacta de manera significativa los tiempos en que se podrán desarrollar nuevas variedades de plantas más eficientes, productivas y adaptadas, que permitirán afrontar los retos de la seguridad alimentaria y el cambio climático.
Esta investigación se ha publicado en la revista científica PLOS ONE y puede ser consultada en el siguiente enlace: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0281804
