la genómica y la biodiversidad
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La genómica y la biodiversidad
CIBIOGEM Octubre 2015
Proyecto “La variación genética de las plantas cultivadas en México: estrategias
para enfrentar el cambio climático” dentro del programa Agrobiodiversidad de la
CONABIO
Daniel Piñero, CONABIO
CONABIO: Misión
• “Promover, coordinar, apoyar y realizar actividades dirigidas al conocimiento de la diversidad biológica, así como a su conservación y uso sustentable, para beneficio de la sociedad.”
CONABIO: Objetivos
• a) “contribuya significativamente a la toma de decisiones y establecimiento de políticas para conservar la biodiversidad y usarla sustentablemente, con la aportación de datos, información y conocimiento sobre ella;
• b) sea innovadora y de vanguardia en cuanto a informática de la biodiversidad, procesos eficientes y calidad de sus productos y servicios;
• c) sea el referente obligado en materia de biodiversidad en México.”
CONABIO: Mandato legal
• Artículo 80 Fracción V de la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente
“un sistema de información sobre biodiversidad y de certificación de uso sustentable de los componentes de la biodiversidad”
Esto es, de los ecosistemas, las especies y los genes
“un sistema de información sobre biodiversidad y de certificación de uso sustentable de los componentes de
la biodiversidad”
• Inducir la obtención y crear un sistema de información acerca de los genomas asociadosa la biodiversidad
• Generar criterios para tener prácticas de usosustentable de los sistemas genómicos
“un sistema de información sobre biodiversidad y de certificación de uso sustentable de los componentes de
la biodiversidad”
• Se reconoció que a diferencia de lascolecciones, la información genómica no se ha estudiado mas que en una pequeña parte
• Requerimos entonces un sistema piloto queasemeje los inicios de las bases de datos de especies
“un sistema de información sobre biodiversidad y de certificación de uso sustentable de los componentes de
la biodiversidad”
• Un área extremadamente abandonada y que ha estado a cambios de política nacional que no la han ayudado es aquella relacionada con la agrobiodiversidad
• Se contempla, entonces abordar la problemáticadel mejoramiento usando como una herramientaa la genómica y
• aprovechando el conocimiento generado en la CONABIO acerca del uso tradicional y en pequeñaescala de la biodiversidad
Componentes del Programa de Agrobiodiversidad
• Componente genómico a través de los gruposde investigación que trabajan en México
• Componente socioeconómico aprovechandola investigación que se ha hecho en México y el conocimiento de la CONABIO acerca del usotradicional y en pequeña escala de la biodiversidad
Programa de Agrobiodiversidad, CONABIO
Alicia Mastretta Yanes
Margarita Campos
Francisca Acevedo Gasman
Componentes del programa genómico
• Obtención y acumulación de informacióngenómica en un banco de datos público
• Genómica funcional
• Genómica funcional comparada
• Relación fenotipo-genotipo, enfoquescomplementarios y alternativos
• Mejoramiento participativo evolutivo
Centros de origen, la genética es solo una parte: el caso del chile, Capsicum annuum
2014
Domesticación, mejoramiento e introgresión en un mosaico genómico: el caso del girasol Helianthus
annuus
2015
Estudio de los genes asociados a la domesticación y al mejoramiento (y a la
adaptación local) de manera independiente
Fuente: Proyecto Global de
Maíces
Cónico Norteño
Chalqueño
Dulce
Palomero
Toluqueño
Arrocillo Amarillo
Cacahuacintle
Bolita
Tabloncillo
Jala
CelayaTehua
Zapalote Chico
Comiteco
Nal-tel
Cónico
Tuxpeño
Vandeño
Olotillo
Olotón
Tuxpeño
AzulApachitoGordo
Chapalote
Problema disciplinariamente amplio: el caso de los datos geográficos
Geográficos• Dominios climáticos por
cultivo
• Mapas
• Localidades
Evidencia de adaptación a la altitud en maiz
47,593 SNPs, 178 individuos, 51 razas,
5 hibridos 159 localidades
genetic
a
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1 2 3
altitud
1
2
3
Admixture: prueba de asignación entre
tres distintas altitudes (0-900,
900-1800 y 1800-2700 msnm)
Y un poco a la latitud
47,204 SNPs, 165 individuos,
48 razas, 159 localidades Arteaga et al. En preparación
¿Cómo agrupar a las razas Mexicanas de maíz?
47,593 SNPs, 178 individuos,
51 razas,
5 hibridos, 159 localidades,
dos teocintles (flechas)
Arteaga et al. En preparación
La variación del maiz en el contexto de la encontrada en los teosintles del centro de
México
Moreno-Letelier et al. En preparación
La diversidad genética conocida, un océano con pequeños lagos
Diagrama de Venn que muestra familias de genes únicas y compartidas en tres
monocotiledóneas (arroz, maíz y sorgo) y una dicotiledónea (Arabidopsis)
Patrick S. Schnable et al. Science 2009;326:1112-1115
Los genomas son redundantes
Los genomas son redundantes…2
2013
Los genomas son redundantes…3. Predicción de genes usando homología de fenotipos
Los genomas son redundantes…4. Homología de redes genéticas de regulación
Diagrama de Venn que muestra familias de genes únicas y compartidas en tres
monocotiledóneas (arroz, maíz y sorgo) y una dicotiledónea (Arabidopsis)
Patrick S. Schnable et al. Science 2009;326:1112-1115
Funciones compartidas, variantes únicas
Funciones compartidas, variantes únicas…2: el caso de la tapioca Manihot esculenta, selección en el flujo de carbono
2014
Múltiples rearreglos cromosómicos y microsintenia en cucurbitaceas (melón, pepino y sandía)
2009
La domesticación en el maíz
Genes neutrales Genes de domesticación Genes de mejoramiento Genes adaptativos
Teosintles
Razas
Lineas puras
Domesticación
Mejoramiento
Ad
aptació
n A
Ad
aptació
n B
Ad
aptació
n C
Modificado de Yamasaki et al. 2007
La domesticación, el mejoramiento y la evolución del maíz en el campo mexicano
Genes neutrales Genes de domesticación Genes de mejoramiento Genes adaptativos
Teosintles
Razas
Lineas puras
Domesticación
Mejoramiento
Ad
aptació
n A
Ad
aptació
n B
Ad
aptació
n C
Modificado de Yamasaki et al. 2007
Detección genómica de selección
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Razas Teosinte
He
tero
cigo
sis
Genes metabólicosAnálisis genómico globalCromosoma 1Verde = teosinteRojo = Razas
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
Razas Teosinte
NeutrosFukunaga et al. 2005
Doebley 1989
El genoma es un mosaico con distintas tasas de evolución y divergencia
Hufford et al. 2012
82%
87%
81%
El genoma es un mosaico con distintas tasas de evolución y divergencia…2
Yamasaki et al. 2005
La nueva variación es mas abundante en las razas que en los teosintles y cambia el amino
ácido de la proteína
Hufford et al. 2012
Variación muy parecida entre
los teosintles anuales
10,000 SNPs aleatorios18 poblaciones de parviglumis10 poblaciones de mexicanapopulations
Aguirre-Ligouri et al. En preparación
No hay una clara agrupación genómica de las razas mexicanas de maíz
47,204 SNPs, 165 individuos,
48 razas, 159 localidades
Arteaga et al. En preparación
No hay una clara agrupación genómica asociada a las regiones biogeográficas
47,204 SNPs, 165 individuos,
48 razas, 159 localidades Arteaga et al. En preparación
Conclusiones maiz
1. En los últimos diez años se ha avanzado enormemente en el entendimiento de la naturaleza de la variación genómica de las agrupaciones geográficas y de los grupos morfológicos en maíz.
2. Con el conocimiento actual, se deben de establecer programas de monitoreo de los distintos tipos de variación genómica in situ en el maíz y los teosintles.
3. Asimismo se deben de establecer programas que evalúen la importancia funcional de las variantes existentes in situ usando un enfoque comparativo que incluya también a otras especies de plantas cultivadas.
La domesticación, el mejoramiento y la evolución del maíz en el campo mexicano
Genes neutrales Genes de domesticación Genes de mejoramiento Genes adaptativos
Teosintles
Razas
Lineas puras
Domesticación
Mejoramiento
Ad
aptació
n A
Ad
aptació
n B
Ad
aptació
n C
Resultado inesperado, mas variación un poco menor en maíz que en teosintle debido al mayor número total de nuevos mutantes por el tamaño total de la población sembrada
La domesticación y los cuellos de botella
Karlsson & Lindblad-Toh, 2008
Arroz domesticado aproximadamente 30% de la variación del silvestreCaicedo et al, 2007
Soya domesticada entre 60-70% de la variación de la silvestreLam et al. 2010
La domesticación y los cuellos de botella, el caso del frijol, Phaseolus vulgaris
2014
La variación aditiva usando datos genómicos es (mucho) menor que aquella obtenida de estudios de respuesta a la selección o
correlación entre parientes
Common disease-common variant (CDCV)
El ambiente microbiómico: un aspectocentral de la agrobiodiversidad
2014
Componentes del programa genómico
• Obtención y acumulación de informacióngenómica en un banco de datos público
• Genómica funcional
• Genómica funcional comparada
• Relación fenotipo-genotipo, enfoquescomplementarios y alternativos
• Mejoramiento participativo evolutivo
Ejes del proyecto
Proyecto CONACYTDesarrollo científico para la solución de
problemas nacionales
Instituciones participantes
Actividades del proyecto
Gracias
Phaseolus coccineusSilvestre, Hutizilac, Morelos
Phaseolus coccineusSilvestre, Xalapa, Veracruz