Crearon un “gusano digital” para develar los misterios que hay detrás de la seda más fina del mundo

El gusano de seda es un insecto de importancia económica. Fue domesticado a partir de su ancestro silvestre hace más de 5.000 años. Su nombre científico es Bombyx mori. Aunque es originario de China, ha sido introducido en todo el mundo. Ahora investigadores de China han conseguido el mayor conjunto de datos del pangenoma del gusano de seda.

El logro fue alcanzado por investigadores de la empresa BGI Genomics, la Universidad del Suroeste, el Laboratorio Estatal Clave de Biología del Genoma del Gusano de Seda y otros socios. Construyeron un conjunto de datos del pangenoma de alta resolución que representa casi todo el contenido genómico de un gusano de seda. El trabajo aporta conocimientos genéticos sobre la selección artificial (domesticación y cría) y la adaptación ecológica. Se publicó en la revista Nature Communications.

Antes de hacer el estudio, los investigadores tuvieron en cuenta que había escasez de gusanos de seda salvajes y limitaciones técnicas de los estudios anteriores: faltaban muchos sitios asociados a los rasgos. Entonces, al llevarla a cabo, realizaron la primera investigación que digitaliza el acervo genético de los gusanos de seda. Es decir, crearon un “gusano de seda digital”, lo que facilita enormemente la investigación genómica funcional, fomenta la cría precisa y, por tanto, permite otros casos de uso de la seda.

El equipo resecuenció en profundidad 1.078 gusanos de seda (B. mori, incluyendo 205 cepas locales, 194 variedades mejoradas y 632 reservas genéticas y 47 gusanos de seda silvestres, B. mandarina) y ensambló genomas de lectura larga en 545 de estas muestras, generando 55,57 T de datos genómicos.

Este conjunto de datos del pangenoma contiene la información más completa sobre los genomas de los gusanos de seda domésticos y silvestres. Pasó a ser el mayor pangenoma de lectura larga del mundo para plantas y animales hasta la fecha.

Al mismo tiempo, se han llevado a cabo estudios en profundidad sobre diversas variaciones genéticas, la estructura de la población, la selección artificial y las adaptaciones ecológicas y los rasgos económicos del gusano de seda, que han arrojado resultados fructíferos. El gusano de seda doméstico, B. mori, se domesticó a partir del gusano de seda de morera silvestre, B. mandarina. Su historia se remonta a más de 5.000 años, pero el lugar preciso de origen de su domesticación todavía es una cuestión abierta porque aún no se disponen de pruebas biológicas sólidas.

El material del nuevo estudio representa la más rica diversidad genética de todas las principales regiones que se dedica a la cría del gusano de seda del mundo. El estudio descubrió que las especies endémicas de la región baja y media del río Amarillo en China se distribuyen en la base de la rama del gusano de seda doméstico en el árbol evolutivo. Esto sugiere que el gusano de seda doméstico se originó en esta región. Las pruebas arqueológicas disponibles, entre ellas un medio capullo excavado en 1926 en la aldea de Xiyin, en el condado de Xia, provincia de Shanxi, y una pupa de gusano de seda tallada en piedra excavada en 2019 en Shicun, en el mismo condado, aportan un importante apoyo a esa conclusión.

La cría tradicional de gusanos de seda tiene una historia larga y única, pero desde la década de 1990 permaneció atascada en un cuello de botella. El análisis sistemático de las bases genéticas de la domesticación y la selección de la mejora es esencial para resolver las cuestiones no resueltas en la cría de gusanos de seda.

El equipo científico identificó 468 genes asociados a la domesticación y 198 genes asociados a la mejora, de los cuales 264 y 185 son de nueva identificación, respectivamente. Estos genes serán importantes objetivos candidatos para la mejora molecular del gusano de seda.

Al mismo tiempo, se descubrió que las especies de utilidad china y japonesa comparten menos del 3% de los “loci” de mejora. Esto no sólo revela las historias de mejora relativamente independientes de los gusanos de seda chinos y japoneses, sino que también explica por qué esta base genética compartida proporciona tales ventajas híbridas para ambas especies. Este resultado arroja nuevas ideas para la futura cría del gusano de seda.

El rendimiento y la calidad de la seda han sido durante mucho tiempo los principales criterios económicos para la selección artificial del gusano de seda. Sin embargo, hasta la fecha se sabe poco sobre cómo los genes y los loci controlan estos rasgos cuantitativos. Podría decirse que el pangenoma es el “puente más cercano” entre los fenotipos, especialmente los rasgos complejos.

La seda fina tiene aplicaciones únicas y un mayor valor económico, pero la base genética de la finura de la fibra seguía siendo desconocida hasta ahora. El análisis de variantes raras en los genomas de las variedades finas condujo a la identificación de BmChit β-GlcNAcase, un gen que controla la finura de la seda y que puede detectarse significativamente en las variedades finas, y el knockout mediado por la tecnología “CRISPR-cas9″, que da como resultado una finura de seda más gruesa producida por los gusanos de seda domésticos. Esto sugiere que este gen desempeña un papel clave en la determinación de la finura de la seda.

La llamada “diapausa” es un rasgo de adaptación ecológica común en los insectos que garantiza su supervivencia a pesar de las condiciones ambientales desfavorables. Aunque la hormona de la diapausa se identificó por primera vez en el gusano de seda en 1957, se dispone de poca información sobre el gen de la dipausa embrionaria. En el estudio, se encontró que el gen similar a BmTret1 se reveló como un importante determinante de la “dipausa postembrionaria”. Es la primera vez que se identifica un gen determinante post-embrionario en un insecto.

Este estudio revela el pangenoma completo del gusano de seda para desentrañar la selección artificial y la adaptación ecológica. Shuaishuai Tai, coautor e investigador principal de BGI Genomics, comentó: “Con un muestreo y un conjunto de datos exhaustivos, combinados con una variedad de experimentos para identificar genes para su estudio potencial en el futuro, esperamos acelerar el proceso de mejora del diseño molecular del gusano de seda”.

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