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La dinámica del ADN repetitivo varía con el tamaño genómico de las plantas

El interés por el estudio de la variación del tamaño del genoma en plantas, es decir, de la cantidad de ADN en el núcleo celular (también conocido como valor C), no ha hecho más que crecer dadas las consecuencias biológicas y evolutivas asociadas con este parámetro. El tamaño del genoma en plantas terrestres varía alrededor de 2 400 veces [0,06-148,9 Gbp (giga pares de bases), 1 Gbp = 1 000 000 000 pares de bases]. Este hecho contrasta con el número de genes (ADN codificante, aproximadamente 0,03 Gbp), el cual se mantiene relativamente constante independientemente del tamaño del genoma. Así pues, cabría esperar que los genomas más grandes, los llamados genomas gigantes, estuvieran constituidos básicamente por ADN repetitivo.

Figura 1. Representación de la fracción genómica ocupada por ADN repetitivo en función del tamaño del genoma en 101 especies (0,06-88,55 Gbp) donde se puede observar que en genomas más allá de los 10 Gbp, la proporción del genoma que es altamente repetitiva deja de presentar un crecimiento asintótico. Los colores de los puntos indican los grandes linajes estudiados.

Este estudio se ha llevado a cabo con la intención de contrastar esta predicción, analizando 101 especies de plantas diploides, y un rango de variación de ADN entre 0,06 y 88,55 GPB. Si bien el contenido de ADN repetitivo se incrementa a medida que el genoma se expande, los resultados muestran un cambio en su dinámica, que se hace más patente a partir de un tamaño genómico de 10 Gbp. Cuando analizamos la distribución de secuencias de ADN altamente repetitivas (> de 20 copias) observamos que en genomas pequeños (< de 5 Gbp) hay un incremento en su proporción que varía entre el 9 y el 70% del genoma y que se mantiene alrededor del 80% en plantas con genomas entre 5 y 10 Gbp. Sin embargo, a partir de los 10 Gbp, esta tendencia cambia de forma significativa. De hecho, la especie con el genoma más grande analizada, el muérdago (Viscum album, 88,55 Gbp), muestra una proporción de secuencias repetitivas por debajo del valor esperado, que se mantiene alrededor del 55% de su genoma. Curiosamente, lo que observamos es un incremento del número de secuencias, que en origen eran altamente repetitivas, pero que por su acumulación durante largos períodos de tiempo han ido erosionándose y de alguna manera han quedado fosilizadas en el genoma.

Figura 2. Diagrama ilustrativo sobre la organización del ADN en el núcleo celular, incluyendo ADN repetitivo, codificante i la materia oscura, a escala, en referencia a su tamaño genómico.

Estas secuencias de ADN degradado son producto de mutaciones y reestructuraciones genómicas que, con el tiempo, y poco a poco transforman este ADN repetitivo en bloques de ADN degradado y de bajo número de copias. Si las secuencias de ADN repetitivas no son eliminadas de manera eficiente a través de los diferentes mecanismos de regulación, pueden quedar atrapadas en el genoma, y entonces terminar transformándose en ADN no repetitivo.

Con esta investigación ponemos en evidencia que la eficiencia del genoma a la hora de regular la amplificación y posterior eliminación del ADN repetitivo tiene un impacto directo en el hecho de que haya plantas con genomas grandes y pequeños, así como en su composición, que es mucho más heterogénea en plantas con genomas grandes. Algunos estudios proponen un comportamiento similar en animales con genomas gigantes, como es el caso de los peces pulmonados y algunas salamandras.

Más información

Novák, P., Guignard, M. S., Neumann, P., Kelly, L. J., Mlinarec, J., Koblížková, A., Dodsworth, S., Kovařík, A., Pellicer, J., Wang, W., Macas, J., Leitch I. J., & Leitch, A. R.. 2020. Repeat-sequence turnover shifts fundamentally in species with large genomes. Nature Plants 6: 1325-1329.https://doi.org/10.1038/s41477-020-00785-x

Autor: Jaume Pellicer

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