Herramientas moleculares para la caracterización genética de Allium sativum L. y otras especies vegetales

Abstract

El ajo (Allium sativum L.) es una planta que se cultivada en todo el mundo altamente apreciada por el valor comercial de sus bulbos. Sin embargo, su cultivo afronta desafíos significativos, como la infertilidad de las variedades de ajo comerciales y la acumulación de patógenos debido a la propagación vegetativa. En el primer artículo presentado en esta tesis, examinamos el estado actual de la Genética y Genómica del ajo, resaltando avances recientes que lo encaminan hacia su desarrollo como un cultivo moderno, incluida la restauración de fertilidad sexual en ciertas cepas. Los recursos genéticos de Allium sativum disponibles actualmente incluyen varias colecciones de marcadores moleculares, un ensamblaje del genoma a escala cromosómica, y múltiples ensamblajes de transcriptomas. Estas herramientas permiten profundizar en la comprensión de procesos moleculares subyacentes a rasgos de importancia como la infertilidad, la inducción de la floración y la formación de bulbos, las propiedades organolépticas y la resistencia a patógenos. En el segundo artículo, realizamos la secuenciación, ensamblaje de novo y anotación de los genomas mitocondrial y cloroplástico del ajo. Este trabajo nos permitió establecer que los genomas de los cloroplastos del ajo y la cebolla son muy similares, así como evaluar el efecto de la edición de sus transcritos y la organización de éstos en operones. Por otro lado, conseguimos identificar más genes codificantes en el genoma mitocondrial del ajo que en el de la cebolla. El genoma mitocondrial de ajo es compatible con la existencia de numerosas moléculas subgenómicas, que se originan mediante recombinación en secuencias específicas, lo que sugiere que su estructura es dinámica. En el tercer artículo, desarrollamos MAPtools, una aplicación de Python3 de código abierto diseñada específicamente para analizar datos genómicos obtenidos en experimentos de cartografía mediante secuenciación y de secuenciación de loci caracteres cuantitativos (QTL-seq). MAPtools proporciona a los usuarios una gran flexibilidad para personalizar su flujo de trabajo, calcular estadísticas basadas en el recuento de alelos, generar gráficos para identificar regiones candidatas y anotar los efectos de las mutaciones encontradas.

Garlic (Allium sativum L.) plants are cultivated worldwide and are highly valued for the commercial value of its bulbs. However, its cultivation faces significant challenges, such as the infertility of commercial garlic cultivars and the accumulation of pathogens due to vegetative propagation. In the first article presented in this thesis, we review the current state of garlic genetics and genomics, highlighting recent advances that are moving it towards its development as a modern crop, including the restoration of sexual fertility in certain strains. Currently available genetic resources include several collections of molecular markers, a chromosome-scale genome assembly, and multiple transcriptome assemblies. These tools are allowing a deeper understanding of molecular processes that underly important traits such as infertility, flowering, bulb induction, organoleptic properties, and pathogen resistance. In the second article, we performed the sequencing, de novo assembly and annotation of the mitochondrial and chloroplast genomes of garlic. This work allowed us to establish that the genomes of garlic and onion chloroplasts are very similar, as well as to evaluate the effect of editing on their transcripts and the arrangement of coding sequences into operons. On the other hand, we were able to identify more coding genes in the garlic mitochondrial genome than in the onion genome. The garlic mitochondrial genome is compatible with the existence of numerous subgenomic molecules, which originate by recombination in specific sequences, suggesting a dynamic structure. In the third article, we introduce MAPtools, an open source Python3 application designed specifically for analyzing genomic data obtained in mapping-by-sequencing and quantitative trait loci sequencing (QTL-seq) experiments. MAPtools provides users with great flexibility to customize their workflow, calculate statistics based on allele counts, generate plots to identify candidate regions, and annotate the effects of mutations found.