home news forum careers events suppliers solutions markets expos directories catalogs resources advertise contacts
 
News Page

The news
and
beyond the news
Index of news sources
All Africa Asia/Pacific Europe Latin America Middle East North America
  Topics
  Species
Archives
News archive 1997-2008
 

Centre for Genomic Regulation researchers sequence and analyse for the first time the sugar beet genome
Investigadores del CRG secuencian y analizan por primera vez el genoma de la remolacha azucarera
Investigadors del CRG seqüencien i analitzen per primera vegada el genoma de la remolatxa sucrera


Spain
December 18, 2013

  • Sugar beet accounts for nearly 30% of the world’s annual sugar production, according to FAO, and provides a source for bioethanol and animal feed. 
  • The sugar beet genome sequence provides insights into how the genome has been shaped by artificial selection along time.
 
What do foodstuff like muffins, bread or tomato sauce have in common? They all contain different amounts of white refined sugar. But, what perhaps may result amazing is that this sugar is probably sourced from a plant very similar to spinach or chard, but much sweeter: the sugar beet. In fact, this plant accounts for nearly 30% of the world’s annual sugar production, according to the Food and Agriculture Organization for the United Nations (FAO). Not in vain for the last 200 years, has it been a crop plant in cultivation all around the world because of its powerful sweetener property.

Now, a team of researchers from the Centre for Genomic Regulation (CRG) and the Max Planck Institute for Molecular Genetics (Berlin, Germany), lead by Heinz Himmelbauer, head of the Genomics Unit at the CRG in Barcelona, together with researchers from Bielefeld and further partners from academia and the private sector, have been able to sequence and analyse for the first time the sweet genes of beetroot. The results of the study, that will be published today in Nature, shed also light on how the genome has been shaped by artificial selection.

Information held in the genome sequence will be useful for further characterization of genes involved in sugar production and identification of targets for breeding efforts. These data are key to improvements of the sugar beet crop with respect to yield and quality and towards its application as a sustainable energy crop”, the authors suggest. 

Sugar beet is the first representative of a group of flowering plants called Caryophyllales, comprising 11,500 species, which has its genome sequenced. This group encompasses other plants of economic importance, like spinach or quinoa, as well as plants with an interesting biology,  for instance carnivorous plants or desert plants. 

27,421 protein-coding genes were discovered within the genome of the beet, more than are encoded within the human genome. “Sugar beet has a lower number of genes encoding transcription factors than any flowering plant with already known genome”, adds Bernd Weisshaar, a principle investigator from Bielefeld University who was involved in the study. The researchers speculate that beets may harbor so far unknown genes involved in transcriptional control, and gene interaction networks may have evolved differently in sugar beet compared to other species. The researchers also studied disease resistance genes (the equivalent to the immune system in animals) which can be identified based on protein-domains. These genes turned out as particularly plastic, with beet-specific gene family expansions and gene losses.

Many sequencing projects nowadays targeted at the analysis of novel genomes also address the description of genetic variation within the species of interest. Commonly, “this is achieved by generating sequencing reads obtained from high-throughput sequencing technologies, followed by alignment of these reads against the reference genome to identify differences”, explains Heinz Himmelbauer, a principle investigator of this study.

The current work, nevertheless, went one step further and generated genome assemblies from four additional sugar beet lines. This allowed the researchers to obtain a much better picture of intraspecific variation in sugar beet than would have been possible otherwise. In summary, 7 million variants were discovered throughout the genome. However, variation was not uniformly distributed: The authors found regions of high, but also of very low variation, "reflecting both the small population size from which the crop was established, as well as the human selection, which has shaped the plants’ genomes. Additionally, gene numbers varied between different sugar beet cultivars, which contained up to 271 genes not shared with any of the other lines", as Juliane Dohm and André Minoche, two scientists involved in the study commented.

The researchers also performed an evolutionary analysis of each sugar beet gene in order to put them into context with already known genes of other plants. This analysis allowed them to identify gene families that are expanded in sugar beet compared to other plants, but also families that are absent. Notably such gene families were most commonly associated with stress response or with disease resistance, added Toni Gabaldon, group leader in the CRG Bioinformatics and Genomics programme and ICREA research professor.
 
Finally, the work also provides a first genome sequence of spinach, which is a close relative of sugar beet. 

Thanks to the sugar beet genome sequence made by the researchers and the associated resources generated, future studies on the molecular dissection of natural and artificial selection, gene regulation and gene-environment interaction, as well as biotechnological approaches to customize the crop to different uses in the production of sugar and other natural products, are expected to be held. 

“Sugar beet will be an important cornerstone of future genomic studies involving plants, due to its taxonomic position”, the authors claim. 
 
Reference article: Juliane C. Dohm, André E. Minoche, Daniela Holtgräwe, Salvador Capella Gutiérrez, Falk Zakrzewski, Hakim Tafer, Oliver Rupp, Thomas Rosleff Sörensen, Ralf Stracke, Richard Reinhardt, Alexander Goesmann, Thomas Kraft, Britta Schulz, Peter F. Stadler, Thomas Schmidt, Toni Gabaldón, Hans Lehrach, Bernd Weisshaar, Heinz Himmelbauer. ‘The genome of the recently domesticated crop plant sugar beet (Beta vulgaris)’ Nature. Dec 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/nature12817

Investigadores del CRG secuencian y analizan por primera vez el genoma de la remolacha azucarera

  • El estudio, que publica hoy la revista Nature, describe la secuencia de referencia del genoma de la remolacha azucarera generada por los investigadores tanto del Centro de Regulación Genómica (CRG), el Instituto Max Planck de Genética Molecular y de la Universidad de Bielefeld, en cooperación con otros centros y agricultores.
  • Según la FAO, el azúcar de la remolacha supone casi el 30 % de la producción anual de azúcar en el mundo, y es una de las fuentes para la producción de bioetanol y de piensos.
  • La secuencia del genoma de la remolacha azucarera proporciona información detallada sobre cómo el genoma ha sido formado por selección artificial a lo largo del tiempo.
 
¿Qué tienen en común alimentos como las magdalenas, el pan o la salsa de tomate? Todos ellos contienen diferentes cantidades de azúcar blanco refinado. Pero, lo que quizás puede resultar sorprendente es que este azúcar probablemente proviene de una planta muy similar a las espinacas o las acelgas, pero mucho más dulce: la remolacha azucarera. De hecho, esta planta representa casi el 30% de la producción anual de azúcar del mundo, según la Organización para la Agricultura y la Alimentación de las Naciones Unidas (FAO). Durante los últimos 200 años, ha sido una planta cultivada en todo el mundo por su potente propiedad edulcorante.

Ahora, un equipo de investigadores del Centro de Regulación Genómica en Barcelona y el Instituto Max Planck de Genética Molecular (Berlín, Alemania), liderado por Heinz Himmelbauer, jefe de la Unidad de Genómica del CRG, junto con investigadores de la Universidad de Bielefeld y otros socios de la academia y el sector privado, han sido capaces de secuenciar y analizar por primera vez los dulces genes de remolacha. Los resultados del estudio, que se publicarán el próximo 18 de diciembre en la revista Nature, también aportan una nueva visión sobre cómo el genoma se ha ido forjando gracias a la selección artificial.

"La información que se encuentra en la secuencia del genoma será útil para una mayor caracterización de genes implicados en la producción de azúcar y la identificación de objetivos para los esfuerzos de mejora. Estos datos son fundamentales para la mejora del cultivo de la remolacha azucarera en relación con el rendimiento y la calidad y hacia su aplicación como un cultivo energético sostenible", sugieren los autores.

La remolacha azucarera es el primer representante con el genoma secuenciado de un grupo de plantas con flores llamado cariofilales, que comprende 11.500 especies. Este grupo incluye otras plantas de importancia económica, como la espinaca o la quinoa, así como las plantas con una biología interesante, como plantas carnívoras o plantas del desierto.

Se han descubierto 27.421 genes que codifican para proteínas dentro del genoma de la remolacha, más que los que codifican para proteínas en el genoma humano. "La remolacha azucarera tiene un menor número de genes que codifican para factores de transcripción que los que podemos encontrar en cualquiera de las plantas con flores secuenciadas hoy en día", añade Bernd Weisshaar, uno de los investigadores principales de la Universidad de Bielefeld que estuvo involucrado en el estudio. Los investigadores especulan que la remolacha podría acoger genes hasta ahora desconocidos que estarían implicados en el control transcripcional. Asimismo, las redes de interacción de genes podrían haber evolucionado de manera diferente en la remolacha azucarera en comparación con otras especies. Los investigadores también estudiaron los genes de resistencia a enfermedades (el equivalente al sistema inmunitario en animales) que se puede identificar gracias a los dominios de las proteínas. Los científicos han visto que los genes implicados en estas funciones son particularmente plásticos y, en la remolacha, se encuentran familias de genes con expansiones y otros que se han perdido.

Muchos de los proyectos de secuenciación de hoy en día que van dirigidos al análisis de nuevos genomas también se ocupan de la descripción de la variación genética dentro de las especies de interés. En general, "esto se consigue generando lecturas de secuencias obtenidas a partir de las tecnologías de secuenciación de alto rendimiento, seguido por la alineación de estas lecturas contra un genoma de referencia para identificar las diferencias", explica Heinz Himmelbauer, investigador principal de este estudio.

El trabajo actual, sin embargo, dio un paso más y generó agrupaciones del genoma entre cuatro líneas de remolacha azucarera adicionales. Esto permitió a los investigadores obtener una imagen mucho mejor de la variación interespecífica en la remolacha azucarera de lo que habría sido posible de otro modo. En resumen, se descubrieron 7 millones de variantes en todo el genoma. Sin embargo, la variación no se distribuye de manera uniforme: Los autores encontraron regiones con una alta variación, pero también hallaron otros con muy baja variación. "Esto refleja tanto el tamaño pequeño de la población sobre la que se estableció la muestra, como también la selección humana, que ha dado forma y ha modulado los genomas de las plantas. Además, los números de genes variaban entre los diferentes cultivos de remolacha azucarera, que contenían hasta 271 genes que no comparten con ninguna de las otras líneas", comentan Juliane Dohm y André Minoche, dos de los científicos involucrados en el estudio.

Los investigadores también realizaron un análisis de la evolución de cada gen de la remolacha azucarera, a fin de ponerlos en contexto con los genes ya conocidos de otras plantas. Este análisis permitió identificar las familias de genes que expanden en la remolacha azucarera en comparación con otras plantas, pero también a las familias que están ausentes. "Cabe destacar que estas familias de genes se asocian con más frecuencia con la respuesta al estrés, o con resistencia a enfermedades", añade Toni Gabaldón, jefe de grupo en el programa de Bioinformática y Genómica en el CRG y profesor de investigación ICREA.

Finalmente, el trabajo también proporciona una primera secuencia del genoma de las espinacas, que es un pariente cercano de la remolacha azucarera.

Gracias a la secuencia del genoma de la remolacha azucarera realizado por los investigadores y los recursos asociados generados, se espera que en el futuro se desarrollen diversos estudios sobre la disección molecular de la selección natural y artificial, la regulación de genes y la interacción entre genes y medio ambiente, así como los enfoques biotecnológicos para personalizar el cultivo a diferentes usos en la producción de azúcar y otros productos naturales.

Asimismo, los autores afirman que "gracias a su posición taxonómica, el genoma de la remolacha azucarera será un importante pilar para estudios genómicos futuros que implican a plantas".

Artículo de Referencia: Juliane C. Dohm , André E. Minoche , Daniela Holtgräwe , Salvador Capella Gutiérrez , Falk Zakrzewski , Hakim Tafer , Oliver Rupp , Thomas Rosleff Sörensen , Ralf Stracke , Richard Reinhardt , Alexander Goesmann , Thomas Kraft , Britta Schulz , Peter F. Stadler , Thomas Schmidt , Toni Gabaldón , Hans Lehrach , Bernd Weisshaar , Heinz Himmelbauer . The genome of the recently domesticated crop plant sugar Beet ( Beta vulgaris ) Nature . Dec 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/nature12817

Investigadors del CRG seqüencien i analitzen per primera vegada el genoma de la remolatxa sucrera

  • Segons la FAO, el sucre de la remolatxa suposa gairebé el 30% de la producció anual de sucre al món, i és una de les fonts per la producció de bioetanol i de pinsos.
  • La seqüència del genoma de la remolatxa sucrera proporciona informació detallada sobre com el genoma ha estat format per selecció artificial al llarg del temps.
 
Què tenen en comú aliments com les magdalenes, el pa o la salsa de tomàquet? Tots ells contenen diferents quantitats de sucre blanc refinat. Però, el que potser pot resultar sorprenent és que aquest sucre probablement prové d'una planta molt similar als espinacs o les bledes, però molt més dolça: la remolatxa sucrera. De fet, aquesta planta representa gairebé el 30% de la producció anual de sucre del món, segons l'Organització per a l'Agricultura i l'Alimentació de les Nacions Unides (FAO). Durant els últims 200 anys, ha estat una planta cultivada a tot el món per la seva potent propietat edulcorant.

Ara, un equip d'investigadors del Centre de Regulació Genòmica a Barcelona i l'Institut Max Planck de Genètica Molecular (Berlín, Alemanya), liderat per Heinz Himmelbauer, cap de la Unitat de Genòmica del CRG, juntament amb investigadors de la Universitat de Bielefeld i altres socis de l'acadèmia i el sector privat, han estat capaços de seqüenciar i analitzar per primera vegada els dolços gens de remolatxa. Els resultats de l'estudi, que es publica avui a la revista Nature, també aporten una nova visió sobre com el genoma s’ha anat  forjant gràcies a la selecció artificial.

"La informació que es troba en la seqüència del genoma serà útil per a una major caracterització de gens implicats en la producció de sucre i la identificació d'objectius per als esforços de millora. Aquestes dades són fonamentals per a la millora del cultiu de la remolatxa sucrera en relació amb el rendiment i la qualitat i cap a la seva aplicació com un cultiu energètic sostenible", suggereixen els autors.

La remolatxa sucrera és el primer representant d'un grup de plantes amb flors anomenat cariofil·lals, que comprèn 11.500 espècies, del què s'ha seqüenciat el seu genoma. Aquest grup inclou altres plantes d'importància econòmica, com l'espinac o la quinoa, així com les plantes amb una biologia interessant, com ara plantes carnívores o plantes del desert.

S’han descobert 27.421 gens codificadors de proteïnes dins del genoma de la remolatxa, més que els que codifiquen per a proteïnes en el genoma humà. "La remolatxa sucrera té un menor nombre de gens que codifiquen per factors de transcripció que el que podem trobar en qualsevol de les plantes amb flors seqüenciades a hores d’ara", afegeix Bernd Weisshaar, un dels investigadors principals de la Universitat de Bielefeld que va estar involucrat en l'estudi. Els investigadors especulen que les remolatxes podrien acollir gens fins ara desconeguts que estarien implicats en el control transcripcional. Alhora, les xarxes d'interacció de gens podrien haver evolucionat de manera diferent en la remolatxa sucrera en comparació amb altres espècies. Els investigadors també van estudiar els gens de resistència a malalties (l'equivalent al sistema immunitari en animals) que es pot identificar gràcies als dominis de les proteïnes. Els científics han vist que els gens implicats en aquestes funcions son particularment plàstics i, en la remolatxa, s’hi troben famílies de gens amb expansions i d’altres que s’han perdut. 

Molts dels projectes de seqüenciació d’avui en dia que van dirigits a l'anàlisi de nous genomes també s'ocupen de la descripció de la variació genètica dins de les espècies d'interès. En general, "això s'aconsegueix generant lectures de seqüències obtingudes a partir de les tecnologies de seqüenciació d'alt rendiment, seguit per l'alineació d'aquestes lectures contra un genoma de referència per identificar les diferències" , explica Heinz Himmelbauer, investigador principal d'aquest estudi.

El treball actual, però, va fer un pas més i va generar agrupacions del genoma entre quatre línies de remolatxa sucrera addicionals. Això va permetre als investigadors obtenir una imatge molt millor de la variació interespecífica en la remolatxa sucrera del que hauria estat possible d'una altra manera. En resum, es van descobrir 7 milions de variants en tot el genoma. No obstant això , la variació no es distribueix de manera uniforme: Els autors van trobar regions d'alta variació, però també en van trobar d’altres amb molt baixa variació. “Això reflecteix tant la mida petita de la població sobre que es va establir la mostra, com la selecció humana, que ha donat forma i ha modulat els genomes de les plantes. A més, els números de gens variaven entre els diferents cultius de remolatxa sucrera, que contenien fins 271 gens que no comparteixen amb cap de les altres línies”, comenten Juliane Dohm i André Minoche, dos dels científics involucrats en l'estudi.

Els investigadors també van realitzar una anàlisi de l'evolució de cada gen de la remolatxa sucrera, a fi de posar-los en context amb els gens ja coneguts d'altres plantes. Aquesta anàlisi va permetre identificar les famílies de gens que s'expandeixen en la remolatxa sucrera en comparació amb altres plantes, però també a les famílies que estan absents. “Cal destacar que aquestes famílies de gens s'associen amb més freqüència amb la resposta a l'estrès, o amb resistència a malalties”, afegeix Toni Gabaldón, cap de grup al programa de Bioinformàtica i Genòmica al CRG i professor d’investigació ICREA.

Finalment, el treball també proporciona una primera seqüència del genoma dels espinacs, que és un parent proper de la remolatxa sucrera. 

Gràcies a la seqüència del genoma de la remolatxa sucrera realitzat pels investigadors i els recursos associats generats, s’espera que en el futur es desenvolupin diversos estudis sobre la dissecció molecular de la selecció natural i artificial, la regulació de gens i la interacció entre gens i medi ambient, així com els enfocaments biotecnològics per personalitzar el cultiu a diferents usos en la producció de sucre i altres productes naturals.

Alhora, els autors afirmen que "gràcies a la seva posició taxonòmica, el genoma de la remolatxa sucrera serà un important pilar per a estudis genòmics futurs que impliquen les plantes”.

Article de Referència: Juliane C. Dohm, André E. Minoche, Daniela Holtgräwe, Salvador Capella Gutiérrez, Falk Zakrzewski, Hakim Tafer, Oliver Rupp, Thomas Rosleff Sörensen, Ralf Stracke, Richard Reinhardt, Alexander Goesmann, Thomas Kraft, Britta Schulz, Peter F. Stadler, Thomas Schmidt, Toni Gabaldón, Hans Lehrach, Bernd Weisshaar, Heinz Himmelbauer. ‘The genome of the recently domesticated crop plant sugar beet (Beta vulgaris)’ Nature. Dec 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/nature12817


More news from:
    . Centre for Genomic Regulation
    . Max Planck Institute for Molecular Genetics
    . University of Bielefeld


Website: http://www.crg.eu/

Published: December 18, 2013

The news item on this page is copyright by the organization where it originated
Fair use notice

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Archive of the news section


Copyright @ 1992-2024 SeedQuest - All rights reserved