Amb 100.000 euros podem seqüenciar un genoma vegetal

El mes de desembre de l’any 2000 s’anunciava la seqüenciació de la primera espècie vegetal, Arabidopsis thaliana, aproximadament mig any més tard que s’anunciés la seqüenciació del genoma humà. Quant va costar obtenir el d’Arabidopsis?

Cal tenir en compte que el genoma d'Arabidopsis és força més petit, té 125 milions de parells de bases, mentre que l'humà en té uns 3.000. Tot i això, es van tardar uns cinc anys en obtenir la seqüència completa.

Com ha canviat la tecnologia de seqüenciació en aquests 12 anys?

L’allau de genomes que s’està produint és gràcies a uns canvis tecnològics determinants. Cap a l'any 2007 vam passar de la seqüència clàssica de Sanger, amb la que s’havien obtingut el genoma humà i el d’Arabidopsis, per treballar amb el que anomenem tecnologies de next-generation sequencing com la de 454 Roche o la de Solexa Illumina. Aquestes tecnologies han democratitzat la seqüenciació a gran escala. Ara, amb uns 50.000-100.000 euros podem seqüenciar un genoma eucariota gran. El cost ha baixat molt i encara ho farà més. Ara ja s'està parlant de tecnologies de seqüenciació de tercera generació, que tot i que a nivell comercial encara no han arribat, estan avançant a una gran velocitat.

Això vol dir que podem seqüenciar qualsevol espècie que se’ns posi per davant?

A diferència dels genomes animals, la mida dels genomes vegetals és molt variable. La complexitat en obtenir la seva seqüència no és tant la seva mida (si tenim diners podem anar seqüenciant ad infinitum), sinó en la quantitat d’ADN repetitiu que hi ha. Aquesta complexitat fa que no sigui gens fàcil assemblar els diferents fragments per obtenir una seqüència que sigui semblant a la molècula d’ADN original.

Aquesta redundància que s’observa en els genomes vegetals té alguna relació amb la selecció que han anat fent els humans de les varietats amb característiques més interessants al llarg de 12.000 anys d’agricultura?

Són coses independents. Els genomes de les plantes són molt més flexibles. Una planta no es pot moure d'on està i per tant, el seu sistema d’adaptació a l'ambient és molt diferent al d'un animal. És molt freqüent trobar genomes poliploides. Els ancestres de les dicotiledònies, per exemple, han patit triplicacions del genoma. Has de tenir en compte que l'escala evolutiva és de milions d'anys mentre que quan parlem de domesticació de plantes, l’escala és només de milers d'anys. En la domesticació, el que hem fet és agafar algunes espècies i seleccionar aquelles plantes que presenten característiques que ens interessen. Això ens ha dut fins als cultius que tenim ara. El tomàquet actual (espècie que pertany al gènere Solanum), per exemple, és molt diferent de les espècies de Solanumque trobem a l’àrea andina, en les que fruit és molt petit, no té polpa, de vegades no conté licopè... Aquest és l'efecte de la domesticació.

Obtenir el genoma d’una espècie vegetal ens permet comparar-lo amb el d’una altra espècie i dibuixar un arbre de l’evolució molt més precís del que podem obtenir amb mètodes clàssics. Però quin altre interès té seqüenciar un genoma vegetal?

És un interès científic, d’adquisició de nou coneixement, que ens permet entendre com funciona un organisme. Disposar del repertori de gens és una eina molt potent que ara hem de saber utilitzar. Però, en el cas dels organismes vegetals té una possible aplicació bastant immediata en la millora genètica d'espècies. Darrera de la seqüenciació del meló que vam obtenir l'estiu passat, hi ha empreses que produeixen i venen llavors de meló i necessiten el genoma per poder seleccionar més ràpidament i més eficientment aquells caràcters que volen introduir a les noves varietats, que després nosaltres trobem al mercat.

L’estiu de 2012 es va donar a conèixer el genoma del meló, una recerca liderada per vostè amb Pere Puigdomènech, i amb la col·laboració de Roderic Guigó. Quines particularitats vau detectar en aquest genoma?

Una particularitat és que no s'ha duplicat com altres genomes. Recentment, hem conegut el genoma del tomàquet i hem vist que el seu genoma s'havia triplicat. El meló (Cucumis melo) té un genoma molt senzill. Si el comparem amb el del cogombre (Cucumis sativus), un parent proper que té un genoma lleugerament més petit, hem vist que aquesta diferència de mida la podem explicar per una amplificació de transposons, d'elements repetitius que han proliferat en els darrers 2 o 3 milions d'anys. Una altra cosa que hem vist, i que és característica del gènere Cucumis, és que aquestes plantes tenen un repertori de gens de resistència a patògens i plagues (virus, bacteris, fongs...) inferior a la d’altres genomes que coneixíem fins ara. Si habitualment n'hi ha un centenar, en les cucurbitàcies (cogombre, meló, síndria...) n'hi ha uns 70 o 80. Encara no podem explicar perquè passa això, però aquestes plantes no són especialment més sensibles a plagues o malalties que les altres.

En el cas del meló el que ens interessa és el fruit, la seva qualitat, la quantitat de sucre que presenta, la maduració, etc. Ara coneixem tot el repertori de gens involucrats en la síntesi de la sucrosa, sabem quants gens hi ha per cadascun dels passos de la ruta metabòlica. Per tant, si el que volem és millorar el meló i fer varietats més dolces de les que tenim, disposem de l’eina. Ara el que cal saber és com tots aquests gens es regulen per poder aconseguir varietats millors.

En el moment que es va tenir la seqüència del genoma humà, es van pronunciar algunes frases grandiloqüents com que “revolucionaria el diagnòstic i el tractament de malalties”. Alguns investigadors consideren que es va produir un excés d’optimisme i que trobar aplicacions pràctiques d’aquest coneixement requerirà d’un cert temps. En el cas del meló, per exemple, quan podem trigar a utilitzar aquesta informació per millorar l’espècie?

La utilització d’un genoma no és immediata, però si disposem del genoma ja no hem de buscar els gens individualment, tenim les eines genòmiques que ens permeten entendre que fa cadascun dels gens. El que passa és que alguns caràcters, com el contingut de sucres en el cas del meló, és poligènic, no ve determinat per un únic gen sinó per la combinació de varis gens, i la millora d’aquests tipus de caràcters no és senzilla. Els milloradors genètics tenen experiència en seleccionar les millors varietats i les eines genòmiques els permeten anar més de pressa. Amb aquestes eines podem arribar a identificar quins son els 3 o 4 gens més importants implicats en la dolçor i el millorador no haurà d’esperar a veure el fruit i mesurar el contingut de sucre, sinó que genèticament ja podrà descartar aquelles varietats que no donaran fruits dolços i quedar-se amb les millors.

Si tenim un meló que sempre és dolç, que els paràsits no l’ataquen i que necessita menys aigua que altres varietats, no es pot donar el cas que acabin desapareixent les altres varietats menys productives? No hi ha risc de pèrdua d’agrobiodiversitat?

Tota la variabilitat natural està conservada en bancs de germoplasma. A l’Estat espanyol hi ha com a mínim dos bancs amb varietats tradicionals recollides que els pagesos han utilitzat durant segles. El problema és que aquestes varietats potser no són prou productives i que les exigències dels consumidors augmenten. Hem de diferenciar la situació en el primer món i en el tercer món. La producció agrícola al tercer món és per subsistència, en el primer món és per millorar productes. Quan jo era petit, les maduixes o les taronges es trobaven només a una època de l’any. Ara, si tens diners, en pots menjar quan vulguis. Aquesta accessibilitat té un preu i el preu és que ja no podem treballar amb varietats tradicionals, sinó que ho hem de fer amb varietats millorades. En moltes espècies, les empreses de llavors produeixen híbrids millorats. Al pagès li ofereixen cada any una llavor que és idèntica, que es comporta de manera fantàstica i que és resistent a la majoria de plagues que el preocupen. Hi ha molta gent que està en contra d’aquest sistema, però potser amb l’agricultura ecològica i orgànica, que està molt bé i que ha d’existir, no s’arriba a tothom i a un preu assequible. I gràcies als bancs de germoplasma, podem rescatar caràcters interessants de les varietats naturals i incorporar-les a les varietats noves.

Els investigadors que ja fèieu recerca en aquest camp fa 20 anys, suposo que no us imaginàveu que es produiria aquesta revolució en la genòmica. Com creus que evolucionarà tot plegat?

S’ha produït un canvi en la manera com els investigadors treballen i ens permet tenir unes eines que mai havíem somiat. La tecnologia seguirà evolucionant, el preu de la seqüenciació seguirà baixant, però el repte que tenim ja no és obtenir la informació sinó com analitzar-la, tant se val si parlem de plantes o animals, i com traslladar-la a la producció. El tema candent és la bioinformàtica.. Necessitem personal especialitzat, els bioinformàtics van molt buscats, jo recomanaria a la gent jove que es dedica a la biologia, que s’introdueixi a la biologia computacional, que li obrirà moltes portes.

Pel que fa a les plantes, amb tanta tecnologia ens hem oblidat del fenotip. Hem de recuperar les varietats tradicionals i salvatges que poden tenir al·lels interessants que ens podrien resoldre molts dels problemes que tenim actualment a l’agricultura, i que estan allà esperant que algú els trobi i els incorpori mitjançant tècniques de millora clàssica, accelerada amb marcadors o bé amb transgens. Necessitem mètodes eficients per trobar variabilitat en el germoplasma i especialistes que siguin capaços de filtrar l’allau de dades que rebem.

Quins van ser els principals elements de debat durant el B·Debate “The Future of Plant Genomes. Harvesting Genes for Agriculture”, l’octubre passat a Barcelona?

Ens vam centrar en analitzar què s’està fent, després de seqüenciar el genoma, als principals consorcis de seqüenciació de genomes vegetals: la reseqüenciació de genomes, estudis de variacions estructurals i de variabilitat a nivell de SNP (polimorfismes d’un sol nucleòtid). Alhora, com s’està abordant la seqüenciació de genomes molt grans, com el del blat. També es va analitzar com gestionar la quantitat d’informació de seqüència que estem obtenint. I per últim, i molt important, com estan utilitzant aquesta informació les grans empreses del sector i com s’aplica aquest coneixement a la millora genètica de les espècies conreades. Els científics convidats van presentar dades recents dels seus laboratoris i van tenir la possibilitat de debatre els resultats presentats amb la resta de participants.

Què en penses del format dels B·Debate?

La valoració és molt positiva. Com a laboratori que ha seqüenciat un genoma vegetal, ens interessava conèixer de primera mà com estan orientant la recerca els grans consorcis internacionals un cop es disposa del genoma. L’objectiu està més que aconseguit, i la resta de participants de casa nostra també se’n va beneficiar. El format del debat, amb pocs assistents i en un ambient recollit i agradable, no és habitual trobar-lo en congressos i reunions científiques. Tenim la possibilitat de parlar directament i amb calma amb experts líders internacionals. Sens dubte, és un format de reunió molt interessant.