El pepino no solo es un ingrediente común en ensaladas y sándwiches de verano, un cultivo económico valioso, sino también una planta modelo que ayuda a los investigadores a expandir las fronteras del descubrimiento genómico. Recientemente, una investigación colaborativa entre el Centro John Innes del Reino Unido y la Academia China de Ciencias Agrícolas (CAAS) ha logrado un avance significativo en el estudio de genes del pepino, y los resultados relacionados se han publicado en la revista Cell.
Este estudio colaborativo utilizó una serie de experimentos y análisis genómicos para explorar en profundidad, a nivel molecular, las diferencias entre el pepino silvestre y sus parientes domesticados, centrándose en los genes responsables del alargamiento del fruto en los pepinos domesticados. En comparación con sus parientes silvestres, que son más gruesos, cortos y amargos, los pepinos domesticados tienen frutos más largos, una característica que ha sido un enigma que el equipo de investigación ha querido resolver.
El fitomejoramiento moderno se centra principalmente en las mutaciones de las secuencias de ADN que codifican proteínas, ya que las proteínas, como máquinas celulares, pueden transmitir 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 cada vez más investigadores están explorando las secuencias de ADN no codificantes. Entre ellas, las mutaciones sinónimas (anteriormente llamadas mutaciones silenciosas), una región no codificante del genoma, están atrayendo gradualmente la atención de los biólogos. Aunque estudios previos han demostrado que las mutaciones sinónimas desempeñan un papel en la función celular, hay poca evidencia de que puedan moldear rasgos biológicos en organismos multicelulares.
En esta investigación, utilizando un mapa de variación genómica basado en poblaciones de pepinos, el equipo determinó que la longitud del fruto es un rasgo clave de domesticación en el pepino. A través de análisis moleculares y genéticos, revelaron el mecanismo preciso que conduce al alargamiento del pepino: una mutación sinónima (1287C>T) en el gen ACS2 es el factor clave que impulsa el alargamiento del fruto durante la domesticación del pepino. Esta mutación elimina un sitio de modificación m⁶A del ARN, remodela la estructura del ARN para inhibir la traducción, reduce la traducción de ACS2 y los niveles de etileno, lo que finalmente resulta en un alargamiento del fruto de hasta un 70%.
Es notable que esta mutación, a diferencia de la mayoría de los rasgos de importancia agrícola y biológica, no afecta a la producción de proteínas, sino que actúa sobre otra molécula: el ARN, remodelándolo e inhibiendo la producción de la proteína que confiere el rasgo "corto" en los pepinos silvestres. La Dra. Zhang Yueying, investigadora postdoctoral en el Centro John Innes y primera autora del estudio, declaró: "Un pequeño cambio 'silencioso' en un gen del pepino, que alguna vez se consideró inofensivo, es en realidad el factor clave que hace que los pepinos modernos sean más largos. Esta mutación silenciosa, durante mucho tiempo considerada biológicamente neutra, ha reconfigurado la regulación del ARN, contribuyendo directamente al desarrollo del rasgo de domesticación".
Estos hallazgos ofrecen información valiosa para proyectos de fitomejoramiento y proporcionan posibles vías para la ingeniería genética de rasgos en el futuro, especialmente aquellos relacionados con rasgos clave como el tamaño del fruto, que mejoran el rendimiento de los cultivos y aportan beneficios comerciales a los agricultores. Al mismo tiempo, este estudio allana el camino para más investigaciones dirigidas a sitios sinónimos, con el potencial de mejorar rasgos de campo en múltiples cultivos utilizando técnicas de mejora precisa como la edición genética.
Esta investigación fue realizada por el equipo del profesor Ding Yiliang del Centro John Innes del Reino Unido, en colaboración con el equipo del profesor Yang Xueyong del Instituto de Hortalizas y Flores de la Academia China de Ciencias Agrícolas, y el académico Huang Sanwen, presidente de la Academia China de Ciencias Agrícolas.
