PubPlant: Los mapas de Google del ADN vegetal

IImagínese intentar desarrollar un nuevo avión sin planos o tratar una enfermedad sin al menos un atlas anatómico y manuales fisiológicos del cuerpo humano. Los fitomejoradores se han enfrentado a este tipo de desafíos hasta no hace mucho, tratando de lograr mayores rendimientos, mejor nutrición y resistencia al estrés, a menudo sin datos genómicos que los guíen. Hoy en día, los avances en las tecnologías de secuenciación del genoma permiten a los investigadores construir mapas genéticos completos de plantas, que sirven como una nueva y poderosa base para su trabajo.

Aprovechando este progreso, Rainer Schwacke del Forschungszentrum Jülich de Alemania, en colaboración con sus colegas María Bolger y Björn Usadeldesarrollado pubplanta: una herramienta bioinformática que promete ser el nuevo «Google Maps» del ADN vegetal. Esta base de datos de acceso abierto y actualizada mensualmente centraliza y organiza la creciente montaña de información genómica de plantas, permitiendo a científicos, criadores y biotecnólogos navegar, literalmente, a través de los genomas con mayor facilidad y precisión. Ahora pueden aprovechar el “GPS” que los lleva a la región específica del ADN de la planta donde se debe trabajar para mejorar un rasgo agronómico o nutricional particular. El equipo publicó este trabajo en Fronteras en la ciencia vegetal.

«Piense en ello como un atlas de campo para plantas. En lugar de conducir de granja en granja para comprobar qué está creciendo, puede abrir un mapa y ver instantáneamente el diseño. PubPlant hace lo mismo con los genomas de las plantas: muestra cómo se organizan y relacionan las especies publicadas, de modo que los investigadores y estudiantes puedan encontrar rápidamente qué plantas están publicadas, lo que les permitirá ver rápidamente las publicaciones relevantes e, indirectamente, los datos», escribió Bolger en un correo electrónico.

Pero cuando se plantaron las semillas de PubPlant hace casi una década, no fue como una gran iniciativa global. “Inicialmente, esto se inició como un proyecto interno para realizar un seguimiento de los genomas de plantas publicados para nuestra herramienta automatizada de anotación de proteínas vegetales Mercator4.« dijo Schwacke por correo electrónico. «Rápidamente nos dimos cuenta de que no había ningún otro recurso confiable que brindara este servicio (que necesitábamos), lo que nos motivó a agregar esta visualización a nuestro sitio web».

Auge genómico: crecimiento exponencial en la secuenciación del genoma vegetal

Dado que el genoma vegetal completo de Arabidopsis thaliana—una especie modelo en biología vegetalequivalente al ratón de laboratorio en la investigación biomédica, se publicó en 2000, el campo de la genómica vegetal se ha expandido a un ritmo sin precedentes.² En los 20 años siguientes, los investigadores secuenciaron 500 especies de plantas. Luego, en solo dos años, entre 2020 y 2022, secuenciaron otros 500, lo que antes les llevó dos décadas y se logró en una fracción del tiempo.

En 2024, el ritmo se aceleró aún más: en un solo año se publicaron más de 500 nuevos genomas, 370 de los cuales pertenecían a especies que nunca antes habían sido secuenciadas. Esta aceleración ha sido posible gracias a los avances en las tecnologías de secuenciación de tercera generación, una mayor colaboración internacional y la reducción de lo que alguna vez fueron costos enormes.^3-4

Con estas cifras en mente, el desafío ya no es solo secuenciar más genomas, sino organizar, integrar y explotar esta información de manera útil para que pueda usarse en investigación aplicada y esfuerzos público-privados en el fitomejoramiento.⁵

«Los investigadores y criadores a menudo tienen dificultades para acceder y comparar los recursos genómicos de plantas distribuidos en diferentes repositorios», explicó Bolger. «PubPlant simplifica esto al proporcionar una plataforma centralizada y fácil de usar que informa a los usuarios sobre los datos disponibles y destaca los taxones no muestreados. Estos pueden ayudar tanto con el descubrimiento científico como con la innovación agrícola».

Un atlas genómico para plantas

Para poner orden en la caótica avalancha de información, el equipo creó funciones en PubPlant para permitir a los usuarios buscar, visualizar y filtrar genomas de plantas según múltiples criterios: especies, familia taxonómica, año de publicación, calidad de ensamblaje y más, todo con enlaces directos a artículos científicos y bases de datos originales. El equipo de PubPlant espera que a través de gráficos interactivos y una interfaz fácil de usar, su sitio web pueda transformar datos dispersos en un recurso navegable y utilizable.

«Lo que hace que esta plataforma sea particularmente distintiva es su accesibilidad», dijo Cecil ia Décima Onetoinvestigador postdoctoral en el Instituto James Hutton que trabaja en la edición de genes en bayas y no participó en el proyecto PubPlant. «Fue diseñado teniendo en cuenta la usabilidad, de modo que incluso los investigadores sin una sólida formación en bioinformática puedan explorar los datos de manera efectiva. La integración de líneas de tiempo interactivas, árboles filogenéticos y enlaces directos a publicaciones primarias permite a los usuarios pasar eficientemente de los datos sin procesar a la interpretación biológica. Esto reduce la duplicación de esfuerzos, ahorra tiempo valioso y fomenta enfoques más integradores de la biología vegetal».

Cómo PubPlant podría revolucionar lo que comemos

Tener genomas de alta calidad no es un lujo académico: es la columna vertebral estratégica de 21^calle-Agricultura del siglo. Las técnicas modernas de mejoramiento (como la selección genómica, el diseño de marcadores moleculares o la edición genética de precisión) dependen en gran medida de saber exactamente dónde están los genes de interés.

Si miramos hacia atrás, a la década de 2000 o incluso a principios de la de 2010, muchos de los avances actuales en el mejoramiento genético (desde la edición genética de precisión hasta la identificación de genes asociados con la resistencia, la calidad nutricional o la tolerancia al estrés climático) simplemente no habrían sido posibles.

Hoy en día, contar con este atlas genómico de plantas detallado ayuda a los fitomejoradores a responder preguntas clave: por ejemplo, identificar el gen de resistencia a una enfermedad emergente o los loci detrás de la tolerancia a la sequía, determinar qué variantes generan un mayor contenido de vitaminas o proteínas o desencadenan alérgenos, y evaluar qué ediciones se pueden realizar sin sacrificar otros rasgos deseables.

Incluso las técnicas biotecnológicas más modernas (desde los OGM hasta los recientes tijeras moleculares conocidas como CRISPR—no pueden liberar todo su potencial sin un “Atlas genómico” que oriente exactamente dónde y cómo dirigir una estrategia de transformación genética sin afectar genes relacionados con otros rasgos positivos.

«PubPlant facilita la identificación de genomas publicados de muchas especies de plantas en un solo sitio», añadió Bolger. «Esto puede acelerar el descubrimiento de rasgos útiles (tolerancia a la sequía, resistencia a las plagas, calidad nutricional) al mostrar cómo se distribuyen entre las plantas. Para los criadores, significa una identificación más rápida de especies o variedades prometedoras; para los investigadores, proporciona una base para estudiar la evolución y la biodiversidad a escala».

Más allá de los cultivos básicos

Los investigadores probaron una aplicación de PubPlant en el mundo real analizando cultivos alimentarios. Utilizando datos de FAOSTAT, examinaron la cobertura del genoma de las familias de plantas con el mayor número de especies alimenticias. Descubrieron que las familias con los genomas más secuenciados (Poaceae, Fabaceae, Solanaceae, Rosaceae y Brassicaceae) también incluían muchos de los cultivos más importantes del mundo. Al mismo tiempo, observaron que otros grupos, como Apiaceae, Amaryllidaceae y Grossulariaceae, siguen estando subrepresentados, lo que indica oportunidades para futuras secuenciaciones.

Los investigadores observaron que, aunque ya se han secuenciado todos los cultivos alimentarios clave, las especies que permanecen sin secuenciar tienden a ser importantes en los países de bajos ingresos. Para los países donde cultivos como la yuca, el teff o las leguminosas autóctonas desempeñan funciones clave en la nutrición y los medios de vida, estos mapas pueden ser transformadores. «PubPlant ofrece una sinopsis concisa de los datos genómicos presentados en los artículos publicados. Para los institutos más pequeños o investigadores sin acceso a costosas suscripciones a revistas, esto proporciona un punto de entrada accesible a información clave que de otro modo sería difícil de obtener», dijo Bolger. «Los proyectos que trabajan con pangenomas a nivel de clado a gran escala serán los que más se beneficiarán, ya que PubPlant ayuda a identificar genomas candidatos potenciales. PubPlant también tiene una visualización que resalta los órdenes y familias que carecen de genomas secuenciados, lo que proporciona una valiosa orientación para abordar futuros esfuerzos de secuenciación», señaló Bolger.

Nivelando el campo: cómo las herramientas genómicas abiertas empoderan a los criadores de todo el mundo

Uno de los aspectos más valiosos de PubPlant es que democratiza el acceso a información genómica de vanguardia. Los científicos del sector público de países de menores recursos, así como las pymes y los pequeños programas de mejoramiento, pueden utilizar estos datos para tomar decisiones más informadas.

En un contexto global donde la seguridad alimentaria, el cambio climático y la presión de la expansión de las tierras agrícolas son desafíos constantes, herramientas abiertas y actualizadas como PubPlant pueden ayudar a nivelar el campo de juego para todos los actores del sistema agroalimentario.

El ritmo de crecimiento de la genómica vegetal no muestra signos de detenerse y, por esa misma razón, PubPlant no es un repositorio estático. Se actualiza mensualmente, incorpora sistemáticamente nuevos genomas de la literatura y está listo para integrar nuevos tipos de datos como pangenomas, análisis multiómicos y ensamblajes de lectura larga.

En el futuro, ¿los investigadores de plantas buscarán plataformas que se integren con sistemas agrícolas digitales, programas de mejoramiento impulsados ​​por inteligencia artificial o marcos regulatorios que requieran trazabilidad genética?⁶ ¿PubPlant está a la altura de la tarea?

«Mantener la funcionalidad existente ya es una tarea importante, por lo que tenemos cuidado al agregar características que podrían aumentar sustancialmente la carga de trabajo. Dicho esto, recientemente agregamos enlaces a ‘Plants of the World Online’ para todas las especies publicadas, y continuaremos priorizando mejoras que brinden un alto valor a los usuarios sin dejar de ser sostenibles para brindar soporte», explicó Bolger.

El revolución de la genómica vegetal ya no es una promesa futura; Está sucediendo ahora, cree el equipo. De cara al futuro, Décima Oneto añadió: «Este tipo de recurso dinámico y disponible abiertamente será muy valioso en muchas áreas de la investigación vegetal. Puede apoyar la identificación de rasgos agronómicos, fortalecer los programas de mejoramiento y, en última instancia, ayudar a desarrollar cultivos más resilientes a un clima cambiante».