Análisis citogenético-molecular de la dinámica, organización y estructura de Secuencias Simples Repetidas (SSRs) en especies silvestres y cultivadas del género "Hordeum"

Laburpena

El género Hordeum incluye unas 31 especies (45 taxa) incluyendo diploides (2n=2x=14) como la cebada cultivada H. vulgare, modelo para el estudio de la tribu Triticeae, tetraploides (2n=4x=28) y hexaploides (2n=6x=42). Conocer la evolución y la estructura genómica de este género es fundamental desde un punto de vista práctico para poder utilizar especies silvestres de Hordeum como recurso génico en la mejora de especies de gran interés agronómico como son la cebada y el trigo. Al mismo tiempo la presencia de especies con distintos niveles de ploidía convierte al género en un material ideal para analizar el origen de los poliploides y la remodelación genómica que ocurre tras los procesos de poliploidización. En este trabajo se aborda el estudio de una amplia colección (44 variedades/accesiones) de especies, subespecies y citotipos del género Hordeum, que abarcan las formas más representativas de los cuatro genomas básicos presentes en Hordeum: H (H. vulgare y H. bulbosum), Xu (el complejo H. murinum), Xa (el complejo H. marinum) e I (el resto de especies de Hordeum), desde una perspectiva citogenética y molecular analizando microsatélites o Secuencias Simples Repetidas (SSRs). Los SSRs son secuencias repetidas (1-6 nucleótidos) organizadas en tándem. Por su ubicuidad, abundancia y elevado polimorfismo, son uno de los marcadores moleculares más utilizados en estudios genéticos. En cebada, como en todos los eucariotas, representan un porcentaje muy importante de su genoma, si bien su organización a nivel molecular es poco conocida. La caracterización citogenética del material se ha llevado a cabo mediante técnicas de hibridación in situ utilizado (FISH, GISH y ND-FISH). Se demuestra la utilidad de los SSRs como marcadores cromosómicos permitiendo identificar todos los cromosomas de las especies analizada (H. vulgare, H. bulbosum, H. murinum, H. marinum, H. brachyantherum y H. roshevitzii). Los patrones de distribución de las distintas sondas han permitido evaluar la diversidad citogenética intraespecífica y establecer homeologías entre especies que comparten el mismo genoma básico pudiéndose analizar las tendencias evolutivas de las distintas secuencias repetidas durante la diversificación de Hordeum. Además se ha determinado el origen de los poliploides. Entre las especies con genoma H se confirma que H. vulgare ssp. vulgare y H. vulgare ssp. spontaneum son la misma especie mientras que no se apoya la supuesta estrecha relación entre H. vulgare y H. bulbosum. Se confirma el origen autotetraploide de H. bulbosum 4x. En relación con el genoma Xu se caracterizan los tres subgenomas presentes en el complejo murinum confirmando el origen alopoliploide de este. Se demuestra que la ssp. glaucum fue uno de los progenitores de las formas tetraploides y estas a su vez originaron las formas hexaploides. Se propone dividir el complejo murinum en tres especies de acuerdo a su nivel de ploidía. Entre las especies del complejo marinum, se confirma que la ssp. marinum y las formas diploides de la ssp. gussoneanum portan variantes del mismo genoma Xa y que el citotipo diploide de ssp. gussoneanum fue uno de los parentales implicados en el origen del citotipo tetraploide. Se propone dividir el complejo H. marinum en dos especies: H. caudate para el citotipo tetraploide y H. marinum para el resto. Entre las especies analizadas con genoma I se observan diferencias sustanciales entre los cariotipos de H. roshevitzii y H. brachyantherum ssp. californicum. En cuanto al origen del citotipo hexaploide de la ssp. brachyantherum, se cuestiona la participación del citotipo tetraploide mientras que se demuestra la participación de ssp. gussoneanum 2x. Se propone clasificar el complejo en tres especies de acuerdo a su nivel de ploidía. El análisis molecular de la organización de los SSRs se ha realizado partiendo de una librería genómica de BACs. Se pone de manifiesto la dificultad de secuenciar estas regiones debido a la elevada inestabilidad de los clones que portan SSRs. Se muestra la complejidad estructural de clústeres ricos en repeticiones ACT y AAG organizándose en bloques imperfectos intercalados por sustituciones puntuales de nucleótidos y otros SSRs, además de su asociación con elementos móviles.