La preservación de la biodiversidad de las plantas es tarea de los aproximadamente 1,750 bancos de genes distribuidos en todo el mundo. Almacenan muestras de plantas y, a veces, información fenotípica o genética adicional de alrededor de 7.4 millones de accesiones de especies de plantas en total.
por Leibniz Instituto de Genética de Plantas e Investigación de Plantas de Cultivo
Se espera que con el acceso facilitado a tecnologías de secuenciación mejoradas, más rápidas y más baratas y otras tecnologías ómicas, el número de accesiones bien caracterizadas y la cantidad de información detallada que se necesita almacenar junto con el material biológico aumentará rápida y continuamente. Un equipo de científicos del Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivos (IPK) en Gatersleben ahora ha analizado los futuros desafíos y posibilidades del futuro de los bancos de genes mediante la publicación de un documento de perspectiva en Nature Genetics.
Desde principios hasta mediados del siglo XX, se hizo cada vez más evidente que las variedades locales de cultivos estaban siendo reemplazadas lentamente por variedades modernas de cultivos y estaban en peligro de desaparecer. Para prevenir la pérdida de diversidad genética y biodiversidad, se establecieron los primeros bancos de genes con la misión de preservar estos recursos fitogenéticos. Hoy en día, los bancos de genes funcionan como biorepositorios y salvaguardas de la biodiversidad de las plantas, pero lo más importante como bibliotecas que convierten la información genética de la planta y el material de la planta en un recurso valioso y de libre acceso. Como tales, los científicos, los fitomejoradores y cualquier persona en todo el mundo pueden solicitar y utilizar los datos almacenados en más de 1,750 bancos genéticos mundiales con fines de investigación o fitomejoramiento.
El Banco de genes del Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas de Cultivos (IPK) en Gatersleben posee actualmente una de las colecciones más completas del mundo de plantas de cultivo y sus parientes silvestres, con un total de 151,002 accesiones de 2,933 especies y 776 géneros. La mayoría de las muestras de germoplasma vegetal se almacenan como semillas secas a -18 ° C, mientras que las accesiones propagadas vegetativamente se cultivan permanentemente en el campo (ex situ) o se conservan en nitrógeno líquido a -196 ° C. El portal en línea del banco de genes IPK permite a los usuarios ver y examinar las accesiones de la planta almacenada y sus correspondientes datos de pasaporte, así como solicitar material de la planta en una escala no comercial. Un nuevo documento de perspectiva escrito por el Dr. Martin Mascher y sus colegas del IPK ahora examina los desafíos actuales y futuros para los bancos de genes, y las oportunidades para su mayor avance.
Los científicos identificaron tres desafíos principales para los bancos de genes que necesitan atención. Dos son causados por las demandas básicas de administrar decenas de miles de lotes de semillas, a saber, el seguimiento de la identidad de las accesiones y la necesidad de evitar duplicaciones innecesarias dentro y entre los bancos de genes. El tercer desafío es el de mantener la integridad genética de las accesiones, debido a los inconvenientes inherentes al uso de la conservación ex situ, como la supervivencia diferencial, la deriva y la erosión genética en el almacenamiento y la regeneración.
Sin embargo, los autores sugieren que un enfoque genómico más fuerte hacia los bancos de genes podría ayudar al enfrentar estos desafíos. Por ejemplo, tradicionalmente, los «datos de pasaporte» del material del banco de genes describen la taxonomía y la procedencia de las adhesiones. Al agregar los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) como características definitorias de una accesión, esta información genotípica podría servir como datos de pasaportes moleculares para complementar y corregir los registros de pasaportes tradicionales, así como para ayudar en la limpieza y prevención de duplicados y mejorar la calidad e integridad. de las colecciones.
Al implementar el cambio hacia la bioinformática y el análisis de big data en ciencias de las plantas, los bancos de genes tradicionales, que se centran en la conservación de las colecciones de germoplasma, podrán transformarse en centros de recursos biodigitales, que combinan el almacenamiento y la valorización de los materiales vegetales con sus Caracterización genómica y molecular.
Los escenarios de financiamiento actuales de los bancos de genes aún no permiten la generación sistemática de datos de pasaportes moleculares para cada muestra de planta presentada en los bancos de genes. Sin embargo, ya se han dado los primeros pasos en la dirección de la genotipificación de alto rendimiento de colecciones completas. Esto fue mostrado previamente por un consorcio internacional de investigación liderado por el IPK, que caracterizó una colección mundial de más de 22,000 variedades de cebada a nivel molecular mediante el genotipado por secuenciación. Algunos de los autores del artículo de perspectiva también participaron en este estudio de caso y, como resultado, contribuyeron a la creación del portal de información web BRIDGE. BRIDGE, abreviatura de «Informática de la biodiversidad para cerrar la brecha de la información del genoma a la utilización educada de la diversidad genética alojada en bancos de genes», es un almacenamiento de datos para la información de cebada genómica obtenida que se enlaza con la información fenotípica recopilada en el Ex Federal alojado en IPK
Banco de genes situ para especies agrícolas y hortícolas.
Mientras que BRIDGE ya está allanando el camino hacia la evolución del Gaterslebener Gene Bank en una «ventanilla única para la utilización facilitada e informada de la biodiversidad de las plantas de cultivo», colaboraciones internacionales, como la organización DivSeek, están construyendo el marco internacional para habilitar bancos de genes. Los fitomejoradores e investigadores de todo el mundo procesan y movilizan de manera más eficiente la diversidad genética de las plantas, comenzando así a cerrar las brechas entre bioinformáticos, genetistas y curadores de bancos de genes. Por lo tanto, una red mundial de centros de recursos bio-digitales, que comparte datos libremente y, por lo tanto, ayuda a fomentar el progreso de la investigación en ciencia de plantas y fitomejoramiento puede convertirse en una realidad en un futuro próximo.
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