El pepino no solo es un ingrediente común en ensaladas y sándwiches de verano, un valioso cultivo económico, sino también una planta modelo que ayuda a los investigadores a expandir los límites de los descubrimientos genómicos. Recientemente, un estudio colaborativo entre el John Innes Centre del Reino Unido y la Academia China de Ciencias Agrícolas (CAAS) logró un gran avance en la investigación genética del pepino, con resultados publicados en la revista Cell.

Esta investigación colaborativa utilizó una serie de experimentos y análisis genómicos para explorar en profundidad las diferencias a nivel molecular entre pepinos silvestres y sus parientes domesticados, enfocándose en los genes que causan el alargamiento del fruto en pepinos domesticados. Comparados con sus parientes silvestres cortos y amargos, los frutos de pepinos domesticados son más largos, y esta característica ha sido un enigma que el equipo de investigación ha querido resolver.

La cría moderna de plantas se centra principalmente en mutaciones en secuencias de ADN que codifican proteínas, ya que las proteínas actúan como maquinaria celular que transmite rasgos como la longitud del fruto, el sabor amargo o dulce, y la forma redonda o arrugada de las semillas. Sin embargo, los genes que codifican proteínas representan solo una pequeña parte del genoma, y un número creciente de investigadores está explorando secuencias de ADN no codificantes de proteínas, donde las mutaciones sinónimas (anteriormente llamadas mutaciones silenciosas) en regiones no codificantes del genoma están atrayendo cada vez más atención de los biólogos. Aunque estudios previos han mostrado que las mutaciones sinónimas juegan un rol en la función celular, hay poca evidencia de que puedan moldear rasgos biológicos en organismos multicelulares.

En este estudio, utilizando un mapa de variantes genómicas basado en poblaciones de pepinos, el equipo identificó la longitud del fruto como un rasgo clave de domesticación en pepinos. A través de análisis moleculares y genéticos, revelaron el mecanismo preciso del alargamiento del pepino: una mutación sinónima en el gen ACS2 (1287C>T) es el factor clave que impulsa el alargamiento del fruto durante la domesticación del pepino. Esta mutación elimina un sitio de modificación de ARN m⁶A, remodelando la estructura del ARN para inhibir la traducción, reduciendo la traducción de ACS2 y los niveles de etileno, lo que finalmente alarga el fruto hasta en un 70%.

Notablemente, esta mutación no produce proteínas como la mayoría de los rasgos importantes en agricultura y biología, sino que actúa sobre otra molécula —el ARN—, remodelándolo para inhibir la producción de la proteína que confiere el rasgo “enano” en pepinos silvestres. La Dra. Yueying Zhang, investigadora postdoctoral del John Innes Centre y primera autora del estudio, dijo: “Un pequeño cambio ‘silencioso’ en el gen del pepino, antes considerado inofensivo, es la clave para que los pepinos modernos crezcan más largos. Esta mutación sinónima, larga considerada neutral en biología, reconecta la regulación del ARN y promueve directamente el desarrollo de rasgos domesticados”.

Estos hallazgos proporcionan valiosos insights para proyectos de mejoramiento de cultivos y vías potenciales para la ingeniería genética de rasgos futuros, especialmente relacionados con el tamaño del fruto y otros rasgos clave que aumentan el rendimiento de cultivos y traen beneficios comerciales a los productores. Al mismo tiempo, el estudio allana el camino para más investigaciones sobre sitios sinónimos, con esperanza de utilizar tecnologías de edición genética para mejorar rasgos de campo en múltiples cultivos.

Esta investigación fue completada por el equipo del profesor Yiliang Ding del John Innes Centre, en colaboración con el equipo del profesor Xueyong Yang del Instituto de Hortalizas y Flores de la Academia China de Ciencias Agrícolas, y el académico Shanwen Huang, director de la CAAS.