Investigadores secuencian el genoma del lichi

 

Investigadores secuencian el genoma del lichi
El lichi (Litchi chinensis). Crédito de la imagen: Xuan Duong.

El lichi es una importante especie de árbol frutal tropical en todo el mundo y una valiosa fruta cuya parte comestible es el arilo. El lichi se cultiva en más de 20 países y forma parte de las economías locales. Sus características deseables incluyen un perfil nutricional sobresaliente, un sabor exótico y un atractivo color de la fruta, lo que la convierte en una de las frutas tropicales o subtropicales más atractivas del mercado internacional.

Los lichis se cultivan en China desde la antigüedad, con registros de cultivo que se remontan a unos 2.000 años. Los lichis frescos eran objeto de tal deseo que un emperador estableció un relevo de caballos para llevar las frutas a la corte imperial desde las cosechas realizadas en el sur en la dinastía Tang.

El lichi se originó en amplias, pero aisladas y distantes regiones del sur de China, donde existen numerosos lichis silvestres en las selvas de Hainan y Yunnan y en las zonas montañosas del oeste de Guangdong y el este de Guangxi. Sin embargo, el origen exacto y la historia de la domesticación del lichi siguen siendo desconocidos.

Ahora, los científicos han utilizado la genómica para profundizar en la historia del lichi. La información descubierta podría ayudar a definir el futuro de la especie.

"El lichi es un importante cultivo agrícola tropical de la familia de las sapindáceas (arce y castaño de Indias), y es uno de los cultivos frutales más importantes desde el punto de vista económico que se cultivan en el este de Asia, sobre todo para los ingresos anuales de los agricultores del sur de China", explica el doctor Jianguo Li, profesor de la Facultad de Horticultura de la Universidad Agrícola del Sur de China (SCAU) y autor principal del estudio.

"Mediante la secuenciación y el análisis de las variedades de lichi silvestres y cultivadas, pudimos rastrear el origen y la historia de domesticación del lichi. Demostramos que los cultivares de maduración extremadamente temprana y tardía se derivaron de eventos de domesticación humana independientes en Yunnan y Hainan, respectivamente."

Además, "identificamos una variante genética específica, un tramo eliminado de material genético, que puede desarrollarse como un marcador biológico sencillo para el cribado de variedades de lichi con diferentes tiempos de floración, lo que contribuye de forma importante a los futuros programas de mejora", añade Rui Xia, doctor, profesor de la misma facultad en la SCAU y otro autor principal de la investigación.

"Como un puzzle, estamos reconstruyendo la historia de lo que los humanos hicieron con el lichi", dice Victor Albert, doctor en biología evolutiva de la Universidad de Buffalo, también autor principal del estudio. "Estas son las principales historias que cuenta nuestra investigación: Los orígenes del lichi, la idea de que hubo dos domesticaciones separadas y el descubrimiento de una deleción genética que creemos que hace que las distintas variedades fructifiquen y florezcan en momentos diferentes."

El estudio se publicó el 3 de enero en Nature Genetics. El SCAU lo dirigió en colaboración con un amplio equipo internacional de China, Estados Unidos, Singapur, Francia y Canadá.

Para abordar estas cuestiones y proporcionar una plataforma de mejora genómica, los investigadores generaron un genoma de referencia de alta calidad del cultivar 'Feizixiao', altamente heterocigoto (2n = 2× = 30), y resecuenciaron 72 accesiones silvestres o cultivadas para explorar la estructura y la evolución del genoma del lichi, así como su origen e historia de domesticación. Compararon su ADN con el de otras variedades silvestres y cultivadas. (Todos los cultivares pertenecen a la misma especie, Litchi chinensis).

La investigación muestra que el árbol del lichi, Litchi chinensis, fue probablemente domesticado más de una vez: Los lichis silvestres se originaron en Yunnan, en el suroeste de China, y se extendieron hacia el este y el sur hasta la isla de Hainan, y se domesticaron de forma independiente en cada uno de estos dos lugares, según sugiere el análisis.

En Yunnan, la gente empezó a cultivar variedades de floración muy temprana, y en Hainan, variedades de floración tardía que dan fruto más tarde en el año. Con el tiempo, el mestizaje entre los cultivares de estas dos regiones dio lugar a híbridos, incluyendo variedades, como la "Feizixiao", que sigue siendo muy popular hoy en día.

El momento exacto de estos acontecimientos es incierto. Por ejemplo, el estudio sugiere que un hito, la separación evolutiva entre las poblaciones de L. chinensis de Yunnan y Hainan antes de la domesticación, podría haberse producido hace unos 18.000 años. Pero esto es solo una estimación; otras soluciones son posibles. Aun así, el análisis proporciona una visión fascinante de la historia evolutiva de los lichis y su vínculo con los humanos.

Investigadores secuencian el genoma del lichi
Foto de Jamie Trinh en Unsplash

El estudio no solo añade nuevos capítulos a la historia del lichi, sino que también ofrece una visión en profundidad del tiempo de floración, un rasgo enormemente importante en la agricultura.

"Los lichis de maduración temprana frente a los de maduración tardía proceden de lugares diferentes y se domesticaron de forma independiente", dice Albert, doctor y profesor de Ciencias Biológicas del Empire Innovation College of Arts and Sciences de la UB. "Esto, por sí mismo, es una historia interesante, pero también queríamos saber qué causa estas diferencias: ¿Por qué estas variedades fructifican y florecen en momentos diferentes?".

Al comparar el ADN de muchas variedades de lichi, el equipo identificó una variante genética que podría utilizarse para crear una prueba sencilla para identificar las plantas de lichi de floración temprana y tardía.

La variante es una deleción -un trozo de ADN que falta- que se encuentra cerca de dos genes asociados a la floración y que podría ayudar a controlar la actividad de uno de ellos o de ambos.

Los cultivares de Yunnan que florecen muy pronto tienen la deleción, heredándola de ambos padres. Las variedades de Hainan que maduran tarde no la tienen en absoluto. Y el Feizixiao -un híbrido con cantidades casi iguales de ADN de cada una de las dos poblaciones regionales- es "heterocigoto" para la deleción, lo que significa que solo tiene una copia heredada de uno de los padres. Esto tiene sentido, ya que Feizixiao florece temprano, pero no extremadamente temprano.

"Esto es muy útil para los criadores. Como el lichi es perecedero, los tiempos de floración han sido importantes para ampliar la temporada en la que el lichi está disponible en los mercados", dice Albert.

El equipo de la SCAU inició el estudio del genoma del lichi como parte de un proyecto más amplio que espera ampliar en gran medida lo que sabemos sobre el ADN de importantes plantas con flores de la misma familia, las Sapindaceae.

"Las sapindáceas son una gran familia que incluye muchas plantas de importancia económica", dice Xia. "Hasta ahora, solo se han secuenciado los genomas completos de algunas de ellas, como el lichi, el longan, el rambután, el yellowhorn y el arce".

"Nosotros, la Facultad de Horticultura de la SCAU, estamos trabajando en un gran proyecto de colaboración para secuenciar más especies de Sapindaceae nativas de China y de importancia económica, como el rambután, el Sapindus (bayas de jabón) y la vid de globo, con el objetivo de realizar investigaciones genómicas comparativas amplias y exhaustivas para la genómica de las Sapindaceae", añade Xia. "Los principales intereses de investigación serán la floración, el metabolismo secundario que da lugar a sabores y fragancias, y el desarrollo de flores y frutos, entre otros".

Fuentes, créditos y referencias:

G. Hu et al. Two divergent haplotypes from a highly heterozygous lychee genome suggest independent domestication events for early and late-maturing cultivars. Nat Genet, published online January 3, 2022; doi: 10.1038/s41588-021-00971-3

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