Post realizado por Manuel Campos.

En esta entrada, voy a tratar de explicar cómo localizar las instrucciones, presentes en una determinada variedad de tomates tradicionales, que hacen que los tomates que produce se mantengan comestibles durante mucho más tiempo que los que solemos encontrar en el supermercado. Con la finalidad de poder trasladar esta característica a otros tipos de tomates.

 

¿Cómo se almacena la información genética?

 

En primer lugar, es necesario saber como se almacenan estas instrucciones en los tomates (aunque es lo mismo para el resto de las plantas y animales). Para agilizar la explicación, compararé el genoma de nuestra tomatera con un manual de instrucciones (imagen 1), por lo que nos encontramos con:

Manual de instrucciones: La información de cómo debe ser y comportarse una planta esta codificada en el genoma. El genoma de una planta consta de dos de estos manuales, uno procedente de la madre y otro del padre. En la mayoría de las especies, ambos libros suelen ser muy similares, dado que cuentan lo mismo solo que de forma ligeramente diferente (imaginar el cambio de singular a plural o de femenino a masculino, basta con cambiar una letra para que una frase deje de tener sentido o pase a significar algo ligeramente diferente. Pues en el caso del genoma es lo mismo, un pequeño cambio y la tomatera deja de producir tomates, o los produce de otro color, o simplemente no pasa nada. Cuando el genoma de una planta contiene manuales exactamente iguales, como es el caso de las plantas de partida utilizadas en este trabajo, se denominan variedades homocigotas o líneas puras, en cuanto aparecen diferencias entre ambos manuales, dejan de serlo y pasan a ser variedades heterocigotas.

 

Capítulos: Del mismo modo que un manual de instrucciones se divide en capítulos para agilizar el acceso a la información que necesitas,  el genoma de las plantas se divide en cromosomas.

 

Páginas: En nuestro ejemplo, se encargan de representar a los genes, estos contienen la información para crear algo concreto. Hay veces que la información para un carácter o función concreta requiere de varios genes trabajando conjuntamente.

 

¿Cómo se transmite la información genética entre generaciones?

 

                Ahora que ya conocemos los principales bloques en los que se organiza la información genética, el siguiente punto a aclarar es como se transmite esta información entre generaciones.

El genoma de nuestras plantas contiene dos de estos “manuales de instrucciones”, ahora bien, si cada uno de los padres pasará los dos a sus hijos, en unas pocas generaciones habría tantas instrucciones distintas diciendo como hacer las cosas que la planta resultante sería incapaz de desarrollarse correctamente. Para evitar esto los padres solo pasan una copia de las instrucciones a su descendencia, y para evitar tener que decidir si pasan el de mama o el de papa hacen millones de mezclas distintas, las empaquetan en lo que se conocen como gametos y los envían a buscar su otra mitad para dar lugar a nuevas plantitas. La forma en la que se producen estas mezclas es importante, ya que es en lo que se basa nuestra estrategia para buscar la información que nos interesa. Esta mezcla se produce a dos niveles:

• El primer nivel ocurre mientras están los dos manuales juntos, se intercambian paginas el uno con el otro, esto es conocido como recombinación y permite la aparición de cromosomas con nuevas combinaciones de genes. Por ejemplo, las páginas que describen como hacer que los tomates no se pongan feos pueden arrancarse del manual de la variedad tradicional y pegarse en los de la variedad comercial, y pasaríamos a tener lo que buscamos una variedad comercial con tomates que no se pudren, por desgracia el intercambio que se produce suele abarcar un gran número de páginas y estos ocurren en todos los capítulos (cromosomas), por lo que lo normal es que se introduzcan muchas otras cosas que no queremos.

• 

• El segundo nivel se produce cuando se separan los cromosomas para formar los nuevos manuales de instrucciones. Estos se agrupan al azar, dando lugar a nuevas combinaciones cromosómicas.

 

 

¿Cómo buscamos la página del libro que describe la característica que nos interesa?

 

Para poder empezar a buscar es necesario obtener plantas con cromosomas recombinantes (capítulos formados por una mezcla de páginas de los parentales). En primer lugar, cruzaremos las plantas comerciales con las tradicionales para obtener la generación F1. Las flores de la F1 las cubriremos con bolsitas para evitar que llegue polen de otras plantas, permitiéndonos obtener la generación F2 por autofecundación (Imagen 4).

Una vez obtenida la F2 necesitamos obtener los datos que nos permitan encontrar la información que buscamos. Para ello usaremos datos de dos tipos:

• Datos fenotípicos: En nuestro caso, cuanto tiempo pasa desde que separamos los tomates maduros de la planta hasta que se pudren. Por lo tanto, recolectaremos los tomates de todas nuestras plantas de la generación F2 (cuantas mas plantas mejor) y vamos analizando cada pocos días. En base a esto clasificamos las plantas según el tiempo que sus tomates aguantan con aspecto comestible.
• Datos genotípicos: Hace referencia a la información que obtenemos al analizar el genoma. Esta información podemos obtenerla mediante muchos métodos distintos:

 

1. El método que más datos puede ofrecer (e inviable para la mayoría de los laboratorios debido al precio), consiste en secuenciar (una maquina lee el genoma letra a letra y lo va escribiendo) el genoma completo de cada planta.
2. Si sospechamos que la característica se debe a un cambio en un gen que ya se conoce, podemos separar su “pagina” y secuenciar solo esta, reduciendo enormemente los costes.

• Uso de marcadores moleculares. Para entender este método, lo más sencillo es imaginar que se colocan un montón de señales luminosas de diferentes colores uniformemente distribuidas por todo el genoma de los padres y cuando obtienes la F2 analizas como se han movido estas señales. Si la señal verde estaba en el cromosoma I del padre y la amarilla en el I de la madre y obtienes un individuo con ambas juntas sabes que se ha producido recombinación en esa zona.

El siguiente paso consiste en introducir toda esta información en un ordenador y le pedimos que nos responda varias preguntas (Para los métodos I y III):

• ¿Qué páginas son exactamente iguales o que señales están siempre presentes en todas las plantas CON la característica que buscamos? Al responder a esta pregunta obtenemos un montón de páginas o señales, entre ellas se encuentra la relacionada con lo que buscamos, pero es necesario delimitar. Obtenemos la Respuesta A
• ¿Qué páginas son exactamente iguales o que señales están siempre presentes en todas las plantas SIN la característica que buscamos? Responder a esta pregunta nos sirve para identifica, posteriormente, todas las “paginas”/”señales” relacionadas con funciones que no presentan variaciones entre las dos variedades parentales originales. Obtenemos la Respuesta B
• ¿Qué es diferente entre la Respuesta A y la Respuesta B? Esto es lo que nos permitirá identificar donde se encuentra la diferencia (Métodos I y III) y cual es la diferencia (Método I)
• (Sólo para el Método III) Con ayuda de las señales se extrae la región (Página/s) donde creemos que esta la característica de interés.
• (Solo para el Método II y III) Secuenciamos las regiones de interés de las plantas disponibles y comprobamos que letras cambian entre las plantas que están en el grupo con la característica de interés y las que no obteniendo que causa que los tomates aguanten bonitos durante más tiempo.

 

Y de este modo ya tenemos la característica localizada. Es importante tener en cuenta que este tipo de investigaciones no son, necesariamente, procesos lineales en los cuales tras el paso 1 pasas al 2 y así sucesivamente, conforme vas avanzando van surgiendo dificultades que requieren de pasos adicionales para poder volver a la ruta original o que te cambian directamente de camino. Por ejemplo, hay veces que la característica está controlada por mas de un gen, o incluso por multitud de ellos, por lo que obtendríamos tomates que aguantan 7 o 30 días, junto con todos los valores intermedios, una posible aproximación en estos casos es utilizar las plantas que presentan los valores extremos, lo cual requiere de tamaños poblacionales para la F2 más amplios. Al mismo tiempo, en esta entrada se han simplificado muchos procesos para mantener el texto relativamente corto, nos limitan a 1500 palabras y quería usar todas y cada una de …