En un avance en la genómica de leguminosas, investigadores del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia China de Ciencias han producido los primeros ensamblajes de genomas de telómero a telómero (T2T) sin espacios para dos especies modelo de Medicago.
por Zhang Nannan, Academia China de Ciencias
El estudio, dirigido por el Dr. Feng Jian y el Dr. Han Fangpu, proporciona una visión sin precedentes de la estructura y la evolución de los centrómeros de las plantas, ofreciendo una valiosa referencia para la genómica funcional de las leguminosas y el mejoramiento de precisión.
Los hallazgos se publican en Molecular Plant .
Un gran avance en la genómica de las leguminosas
Medicago es un género modelo clave en la biología de las leguminosas e incluye importantes cultivos forrajeros como la alfalfa. Sus raíces forman nódulos fijadores de nitrógeno mediante simbiosis con rizobios, lo que mejora tanto el crecimiento vegetal como la fertilidad del suelo.
Para comprender plenamente la base genética y estructural de estos rasgos, es esencial contar con conjuntos genómicos completos y precisos.
Utilizando una combinación de secuenciación PacBio HiFi, lecturas ultralargas de Oxford Nanopore y captura de conformación de cromatina Hi-C, los investigadores construyeron con éxito conjuntos de genomas T2T para Medicago truncatula Jemalong A17 (A17 v6.0) y Medicago littoralis R108 (R108 v3.0).
Estos conjuntos abarcan 494,47 Mb y 415,27 Mb, respectivamente, con una integridad de >99 % según la evaluación BUSCO, lo que representa los genomas más completos disponibles para el género Medicago hasta la fecha.
Descifrando el centrómero: Diversidad y evolución
Los investigadores centraron su atención en el centrómero, una de las regiones más enigmáticas de los genomas eucariotas, que desempeña un papel fundamental en la segregación cromosómica. A pesar de su importancia funcional, el ADN centromérico ha sido históricamente difícil de ensamblar debido a su naturaleza altamente repetitiva.
Al integrar la secuenciación de inmunoprecipitación de cromatina de la histona CENH3 específica del centrómero, la hibridación in situ con fluorescencia (FISH) y la anotación de repeticiones de novo, descubrieron diferencias sorprendentes entre los centrómeros de A17 y R108.
En A17, los centrómeros se componen principalmente de dos repeticiones satélite en tándem: CentM168 y la específica de la especie, CentM183. En contraste, los centrómeros de R108 constan casi exclusivamente de CentM168, lo que pone de manifiesto una trayectoria evolutiva distinta entre M. truncatula y M. littoralis.
Esta divergencia ilustra la rápida evolución del centrómero, incluso entre especies estrechamente relacionadas. Los investigadores propusieron un modelo en el que los centrómeros activos se mantienen mediante matrices CentM168 enriquecidas con CENH3, mientras que los dominios pericentroméricos inactivos se amortiguan mediante regiones flanqueantes ricas en satélites, lo que posiblemente reduce la inestabilidad cromosómica.
Además, identificaron varias repeticiones satélite altamente específicas de cada cromosoma (p. ej., CentM51, CentM515, CentM287), lo que subraya aún más la naturaleza dinámica y en mosaico de la evolución del centrómero. Curiosamente, las regiones centroméricas también se enriquecieron en retrotransposones jóvenes con repeticiones terminales largas (LTR), lo que sugiere un posible papel de los elementos transponibles en la configuración de la arquitectura y la función centroméricas.
Implicaciones y direcciones futuras
«Este estudio representa un gran avance en nuestra comprensión de la arquitectura del genoma y la evolución del centrómero en las legumbres», afirmó el Dr. Feng Jian, autor correspondiente del estudio.
«No solo proporciona una base genómica de alta calidad para el futuro descubrimiento de genes y el mapeo de rasgos, sino que también prepara el escenario para la ingeniería de cromosomas vegetales con mayor estabilidad y fidelidad de transmisión.
Durante décadas, el centrómero ha sido un punto ciego genómico. Ahora, con conjuntos completos y mapas detallados de repeticiones, podemos empezar a plantearnos nuevas preguntas sobre cómo se originan, se diversifican e influyen los centrómeros en la evolución del genoma de las leguminosas, afirmó el Dr. Han Fangpu, coautor correspondiente y experto en citogenética vegetal.
Los genomas T2T de Medicago generados en este trabajo están disponibles públicamente y se espera que aceleren la investigación en biología de leguminosas, desde la señalización simbiótica y la adaptación al estrés hasta la ingeniería cromosómica y la biología sintética.
Más información: Lisha Shen et al., Dos genomas completos de Medicago, telómero a telómero, revelan el panorama y la evolución de los centrómeros, Molecular Plant (2025). DOI: 10.1016/j.molp.2025.07.016
