Contexto

El trigo es un cultivo alimentario fundamental que proporciona cerca del 20% de las calorías consumidas por la humanidad en todo el mundo. Las variedades modernas de trigo panificable (Triticum aestivum) poseen un genoma complejo formado por diferentes especies ancestrales silvestres a través de hibridación natural y poliploidización. En este proceso, los tres tipos de subgenomas A, B y D se combinaron para completar una estructura alohexaploide grande y compleja. Entre ellos, el trigo emmer silvestre (Triticum turgidum subsp. dicoccoides) es una especie silvestre tetraploide compuesta por los subgenomas A y B, reconocida como fuente de diversidad genética del trigo moderno y material clave para la investigación de rasgos de adaptación climática.

El problema radica en que la secuenciación del genoma del trigo se ha visto obstaculizada por las repeticiones de secuencias. Los cromosomas del trigo no solo son de gran tamaño, sino que más del 80% están cubiertos por retrotransposones, elementos genéticos móviles, y ADN satélite extremadamente repetitivo. Especialmente la región del centrómero (centrómera, centromere), donde los microtúbulos del huso se unen durante la división celular para distribuir normalmente el material genético, presenta una repetitividad extrema que hacía imposible su ensamblaje mediante las tecnologías de análisis de secuencias cortas de nucleótidos convencionales. En el mapa genómico, el centrómero siempre ha permanecido como un vacío (gap), y ha sido difícil determinar cómo se estabilizaron y reorganizaron las estructuras de los centrómeros de los subgenomas distintos después de la poliploidización.

Hallazgos clave

El equipo de investigación internacional combinó la secuenciación de última generación de largo alcance con técnicas de captura de la estructura cromosómica para construir un mapa genómico de alta calidad que descifra completamente las regiones centrómeras de los 14 cromosomas del halcón peregrino silvestre. Como resultado, se logró una ensamblaje a nivel casi completo (near-complete), conectado sin interrupciones desde los extremos cromosómicos hasta el núcleo central de la centrómera. Se reveló por primera vez la estructura compleja de bloques de secuencias repetitivas e inversiones, así como las estructuras de repeticiones invertidas, en el interior del cuerpo central.

Los resultados del análisis muestran un hecho interesante. Se confirmó que después de la disolución, los centros del subgenoma A y el subgenoma B siguieron trayectorias evolutivas completamente diferentes. Aunque los dos subgenomas coexisten en el mismo núcleo, no solo mantuvieron sus proporciones características de secuencias repetitivas centrómeras, sino que también mostraron una asimetría marcada tanto en el ciclo de inserción como en el patrón de expansión de los retrotransposones. En ciertos centrómeros de cromosomas específicos, se produjo una expansión abrupta de unidades repetitivas satélite, mientras que en otros cromosomas, la reorganización de retroelementos fue el factor determinante en la dinámica del centrómero.

Esta reconstitución específica de centrosomas a nivel del subgenoma se interpreta como un mecanismo de adaptación evolutiva que permitió a los alopoliploides realizar la meiosis de manera estable, sin conflicto entre los dos genomas tras su formación. La composición de secuencias y las marcas epigenéticas de los centrosomas han actuado como un escudo que sostiene la homeostasis de la segregación cromosómica propia de cada subgenoma.

Significado y perspectivas

Este logro ha reescrito la historia evolutiva de los cromosomas de los cultivos con sistemas de drenaje complejos a nivel molecular. En particular, se le atribuye el haber establecido un punto de referencia físico que permite analizar con precisión la diversidad estructural y los mecanismos epigenéticos del centro vegetal, anteriormente descrito como un mar de secuencias repetitivas. Proporciona también criterios metodológicos directos para la investigación de los centros no resueltos en otros cultivos de drenaje principales como la avena, la colza y la caña de azúcar.

Queda pendiente la tarea. Si bien este estudio logró identificar el linaje estándar de Emer Mill silvestre, no abarca por completo la polimorfia del núcleo en función de los ecotipos según la zona climática y el hábitat nativo. Asimismo, debe seguirse una validación funcional genómica posterior que aclare en qué posición exacta de la secuencia se une y ejerce su función la proteína especial del cinetocoro CENH3 sobre el mapa físico del centrómero descifrado. A largo plazo, será necesario ampliar el análisis a un modelo de interacción ternaria con el subgenoma D del trigo panadero moderno.