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RESUMEN
Uno de los grandes logros de la genómica ha sido proveer herramientas que permiten realizar un análisis global de la situación que vive un organismo, órgano, tejido o célula, ante cambios fisiológicos y patológicos. Estos análisis globales se pueden dar en el ámbito de la expresión génica (arrays), o de las proteínas que se expresan (proteómica). Los estudios globales de expresión génica mediante el uso de arrays requiere conocer previamente cuáles son los genes que se expresan en el organismo de interés. Esto significa que para realizar los estudios de arrays se requiere conocer el genoma de un organismo o, al menos, poseer información de los genes que se expresan (ESTs, expressed sequence tags). En el caso de las proteínas, la optimización de metodologías de separación de proteínas, como por ejemplo el uso de geles bidimensionales, asociado a técnicas de espectrometría de masas (MALDI-TOF), ha permitido obtener información sobre la identidad de las proteínas que se expresan en un organismo. La información proporcionada mediante arrays y proteómica permite revelar los mecanismos por los cuales la expresión génica y expresión de proteínas pueden causar cambios fisiológicos en un organismo.
La estrategia del análisis global asociado al desarrollo de la genómica ha impactado la forma en que enfrentamos los problemas biológicos. En el ámbito de la agricultura, el desarrollo de estudios de genómica funcional, puede generar herramientas importantes que permitan mejorar la calidad de los productos hortofrutícolas. Chile es un país en el que la fruticultura tiene un impacto importante en la economía, por lo tanto el desarrollo y posterior uso de herramientas de tipo genómico debiera conducir a una mejoría en la calidad de los productos frutícolas que el país produce y vende principalmente a mercados extranjeros.
Uno de los principales problemas a los que se ve expuesta la fruta de exportación de Chile se deriva del prolongado tiempo de almacenamiento y transporte a mercados distantes. Esto genera problemas en la calidad de la fruta, siendo el más serio el daño que sufren nectarinos y duraznos al almacenarse a bajas temperaturas (daño por frío). Uno de los signos más claros de este problema es la harinosidad de los frutos, una alteración que ha generado un problema serio en la imagen de la calidad de la fruta chilena. Los intentos de solucionar el problema de la harinosidad, como por ejemplo el uso de contenedores con atmósfera controlada, no han representado una solución definitiva o económicamente aplicable en la generalidad de los casos para el transporte de grandes volúmenes de fruta. Esto significa que es necesario investigar sobre alternativas que puedan entregar soluciones de fondo. Para tratar de generar estas soluciones, es necesario identificar cuáles son las causas que generan el problema del daño por frío. Las hipótesis más recurrentes plantean que una alteración en el proceso normal de degradación de componentes de la pared celular, durante el ablandamiento del fruto, generaría una población de polímeros (pectinas) con gran capacidad gelificante, que secuestraría el agua libre provocando de esta forma la harinosidad de los frutos. Sin embargo, esta situación puede representar uno de los efectos del daño por frío, puesto que en los frutos también se observan otros problemas como son el pardeamiento interno, que tiene un origen distinto al problema de la harinosidad. Por otro lado, una serie de artículos también sugiere que el daño por frío puede estar asociado a alteraciones en la fitohormona etileno.
Los antecedentes anteriores llevan a pensar que durante el daño por frío se produce una serie de cambios que alteran el proceso normal de maduración y ablandamiento del fruto y, hasta el momento, desconocemos las causas de estas alteraciones. En esta perspectiva, un análisis global de los cambios que ocurren durante la génesis del daño por frío podría entregar información relevante que permita definir estrategias orientadas a resolver este problema. Las herramientas genómicas permiten realizar el tipo de análisis global que posibilitaría identificar cuáles son los cambios que se generan durante el daño por frío. La idea detrás de este enfoque es que los cambios que experimenta un nectarín/durazno durante el daño por frío, se ven reflejados en cambios en el patrón normal de expresión génica y proteínas que forman parte de un fruto. De esta forma, para estudiar los cambios de patrones de expresión génica que se producen en un fruto harinoso, en este proyecto planteamos: 1) Generar una base de datos de genes que se expresan en el fruto en condiciones normales y de harinosidad a través de la secuenciación de 50.000 ESTs ubicados en una genoteca con tecnología de recombinación. 2) Identificar secuencias únicas y su función putativa por homología utilizando "data mining", 3) Utilizando herramientas de bioinformática, establecer correlaciones entre los patrones de expresión génica, analizados por macroarrays, y la susceptibilidad de un fruto a experimentar el daño por frío. 4) Paralelamente, estudiar los cambios en el patrón de expresión de proteínas de frutos normales y harinosos utilizando geles bidimensionales, y obtener secuencia peptídica por espectrometría de masa de proteínas que se correlacionen con el problema de harinosidad de nectarines/duraznos determinado en forma cuantitativa. Estos estudios de genómica funcional debieran ser la plataforma de herramientas que serán posteriormente utilizadas en mejoramiento genético orientado a generar variedades de nectarines/duraznos que sean menos susceptibles al daño por frío.
La ejecución de este proyecto generará una serie de capacidades en genómica de frutos (ESTs, Macroarrays, Proteómica, Bioinformática). Para esto se han combinado las capacidades de distintos grupos de investigación, los cuales desarrollarán durante este proyecto la primera etapa de un esfuerzo de investigación que tiene por objetivo mejorar la calidad de nectarines/duraznos. A este esfuerzo se han sumado importantes grupos del sector productivo como son la Asociación de Exportadores de Chile en conjunto con la Fundación para el Desarrollo Frutícola, y Fundación Chile. Los participantes hemos formando un consorcio orientado a alcanzar el objetivo planteado.
Finalmente, la ejecución de este proyecto de secuenciación de ESTs y genómica funcional en nectarines/duraznos tiene además beneficios adicionales. Prunus persica es una especie diploide que posee un genoma pequeño (265 Mb) y que constituyte un modelo genético de otras especies de la familia Rosaceae, compuesta por duraznos, nectarinos, ciruelos, cerezos, manzanos y peras, entre otros frutales de alto impacto económico para Chile. En estos momentos existe una iniciativa internacional que está comenzando a secuenciar ESTs de nectarines/duraznos, por lo tanto el desarrollo de este proyecto permitiría que nuestro país se incorpore en sus inicios a un consorcio de carácter internacional. Esto permitiría acceder a importante información que facilitaría el desarrollo del proyecto y el logro de los objetivos propuestos a largo plazo. |