Los genomas de tomates silvestres revelan cómo las variantes estructurales y las explosiones de retrotransposones bloquean el cruzamiento
Las especies de tomates silvestres portan valiosos rasgos genéticos, tolerancia a la sequía, resistencia a enfermedades, tolerancia a la sal, que los fitomejoradores desearían introducir en los tomates cultivados. Existe un obstáculo persistente: cuando se cruza un tomate silvestre con uno doméstico, los cromosomas se niegan a intercambiar material genético en lugares clave, bloqueando la transferencia de genes deseables.
Un equipo liderado por el Instituto Max Planck de Investigación en Fitomejoramiento en Colonia ha producido ahora los ensamblajes genómicos de mayor calidad jamás realizados para dos especies de tomates silvestres, y al hacerlo, ha identificado las características estructurales responsables de esas barreras de recombinación. Los hallazgos, publicados el 28 de junio en Nature Communications, proporcionan tanto un conjunto de herramientas genómicas como una comprensión mecanicista de por qué algunos rasgos silvestres son tan difíciles de integrar en los tomates modernos mediante fitomejoramiento.
Dos genomas silvestres, 146 Mbp de nueva secuencia
Los investigadores secuenciaron Solanum pennellii (accesión LA0716, una especie resistente al estrés de la región andina) y Solanum cheesmaniae (LA1039, una especie tolerante a la sal de las islas Galápagos) utilizando una combinación de lecturas PacBio HiFi (alta precisión, ~20 kb) y lecturas ultralargas de Oxford Nanopore (de hasta ~200 kb), andamiadas con datos de conformación de cromatina Omni-C.
Los ensamblajes resultantes establecen un nuevo punto de referencia para los genomas de parientes silvestres del tomate: ambos alcanzaron una completitud BUSCO superior al 98 %, valores de calidad Merqury superiores a 69 y puntuaciones LAI superiores a 14. El ensamblaje de S. pennellii, de 1,109 Mbp en 12 cromosomas, añadió 145,9 Mbp (~146 Mbp) de secuencia en comparación con la referencia anterior, llenando más de 41,000 huecos y ensamblando nuevas inversiones en los cromosomas 3, 6, 7 y 8 que antes se pasaban por alto. El ensamblaje de S. cheesmaniae alcanzó 862 Mbp.
El autor correspondiente Charles J. Underwood, quien tiene afiliaciones en el Instituto Max Planck y la Universidad Radboud, dijo que la mejora es dramática: «Lo que teníamos antes para S. pennellii era esencialmente un borrador. Ahora tenemos un ensamblaje de calidad de referencia que nos permite ver exactamente dónde y cómo difieren los genomas silvestres y cultivados».
La explosión del retrotransposón Tekay
Uno de los hallazgos más llamativos es la diferencia en el contenido de elementos transponibles entre tomates silvestres y cultivados. El contenido total de ET alcanza ~65 % en S. pennellii en comparación con aproximadamente el 55 % en los tomates cultivados. El linaje más activo en todo el clado del tomate es la familia Tekay de retrotransposones LTR Ty3/Gypsy.
S. pennellii porta aproximadamente 3,200 elementos Tekay, más del doble que en los tomates cultivados (1,261–1,380). La agrupación filogenética de las secuencias de integrasa confirmó que explosiones independientes de Tekay ocurrieron en S. pennellii y en S. peruvianum, otra especie silvestre. Estas expansiones de repeticiones son también recientes: los retrotransposones LTR en tomates silvestres son más jóvenes y se integraron más recientemente que sus contrapartes cultivadas.
Notablemente, los investigadores encontraron que los genes IPT (biosíntesis de citoquininas) están significativamente enriquecidos cerca de los elementos Tekay en S. pennellii (p = 1,96 × 10⁻¹⁵), lo que sugiere que estas inserciones de retrotransposones silvestres pueden tener efectos reguladores en las vías hormonales relacionadas con el estrés, un objetivo potencial de fitomejoramiento para la resiliencia al estrés.
Inversiones y puntos fríos de recombinación
Para comprender cómo estas características estructurales afectan el fitomejoramiento, el equipo generó datos de secuenciación del genoma completo de 709 plantas recombinantes derivadas de tres poblaciones de retrocruzamiento híbrido: S. pennellii × tomate cultivado, S. cheesmaniae × tomate cultivado, y un cruzamiento intraespecífico cultivado × cultivado.
El resultado: ~64 % del genoma (529 Mbp) está compuesto por puntos fríos de recombinación, regiones donde los entrecruzamientos ocurren rara vez o nunca. Estos puntos fríos se conservan en los tres híbridos y son impulsados por tres factores:
1. Inversiones a escala de megabases, regiones donde el segmento cromosómico está invertido en relación con el otro progenitor, haciendo que el entrecruzamiento sea físicamente imposible. El equipo identificó 202 inversiones que totalizan >200 Mbp entre S. lycopersicum y S. pennellii, incluyendo inversiones recién descubiertas de 4,7 Mbp, 2,2 Mbp, 7,1 Mbp y aproximadamente 20 Mbp.
2. Polimorfismos de inserción-deleción, largas extensiones de secuencia presentes en una especie pero ausentes en la otra interrumpen el apareamiento homólogo durante la meiosis.
3. Repeticiones pericentroméricas, grupos densos de retrotransposones Gypsy/Copia alrededor de los centrómeros que suprimen la iniciación del entrecruzamiento.
Heteroclasia: un hallazgo práctico para los fitomejoradores
Un hallazgo con relevancia práctica inmediata: las poblaciones de retrocruzamiento femeninas mostraron entre un 28 % y un 36 % más de entrecruzamientos que las poblaciones masculinas en los tres híbridos. Esto significa que usar el lado femenino como progenitor recurrente en cruzamientos interespecíficos podría aumentar sustancialmente la probabilidad de romper el arrastre de ligamiento, las asociaciones genéticas indeseables que acompañan a un rasgo silvestre deseado.
«Esto no es algo que los fitomejoradores hayan podido tener en cuenta sin información genómica detallada», dijo el primer autor Willem van Rens. «Ahora sabemos que la dirección del cruzamiento importa, y importa mucho».
Lo que esto significa para el fitomejoramiento del tomate
La combinación triple de variantes estructurales, expansiones de repeticiones y puntos fríos conservados explica un enigma de larga data en la mejora del tomate: por qué ciertos rasgos de tolerancia al estrés y resistencia a enfermedades de parientes silvestres han sido casi imposibles de introgresar en variedades élite mediante retrocruzamiento tradicional.
Los ensamblajes de alta calidad ahora hacen posible rastrear introgresiones silvestres con precisión de una sola base, diseñar marcadores que se dirijan, o eviten, inversiones específicas, y explotar la ventaja del entrecruzamiento femenino. Para los aproximadamente 146 Mbp de secuencia genética silvestre recientemente accesible, el cuello de botella del fitomejoramiento pasa de «¿podemos verlo?» a «¿podemos desbloquearlo?».
Fuentes:
1. van Rens, W.M.J., Fuentes, R.R., Zangishei, Z., Primetis, E. et al. “Wild tomato genome assemblies reveal structural variants and repeat content act as recombination barriers.” Nature Communications 17, 5590 (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74784-5
2. Max Planck Institute for Plant Breeding Research. Comunicado de prensa, 28 de junio de 2026.
Traducido por Alessandra