Evolución de caracteres biológicos y procesos de especiación en el genéro modelo Brachypodium (Poaceae) mediante análisis de genómica comparada y funcional

Los grandes avances alcanzados en el conocimiento de la evolución de importantes caracteres biológicos y de procesos de especiación están basados fundamentalmente en el estudio de organismos modelo. En este proyecto investigaremos la evolución de un carácter clave en la especiación de plantas, la transición anualidad/perennialidad, esclareceremos los mecanismos de otro proceso crucial de especiación, el origen de la alopoliploidía disploide, y analizaremos procesos evolutivos históricos y adaptativos esenciales a nivel de población o especie, como la filogeografía y la divergencia/conservatismo de nicho en el género modelo Brachypodium. Brachypodium ha sido seleccionado como género modelo de gramíneas y monocotiledóneas por sus extraordinarias características biológicas y genómicas.
Gracias a la generación de genomas completos y de transcriptomas, recientemente extendidos a la exploración de elementos reguladores no codificantes, estamos logrando desentrañar mecanismos heredables que han dado origen a cambios morfogénicos y adaptativos. Hasta el momento, la mayor parte de los estudios se han llevado a cabo con la especie anual B. distachyon. En este proyecto ampliaremos los análisis de genómica y de regulación transcriptómica a una escala evolutiva mayor, incluyendo 11 especies de Brachypodium con distinto ciclo vital y fenológico, diferentes números básicos cromosómicos, niveles de ploidía y complementos genómicos, distintas historias evolutivas y biogeográficas, y diferentes estrategias ecológicas, para dar respuesta a preguntas claves sobre el origen y las causas de los cambios en el tipo de hábito, la hibridación alopoliploide, la adaptación ambiental y la distribución espacio-temporal en su filogenia. Brachypodium presenta dos adquisiciones independientes de la perennialidad, tres tipos de barreras de hibridación, y diversos modelos de adaptación climática y filogeográfica que constituyen casos de estudio óptimos para la investigación de estos procesos. Proponemos a B. sylvaticum como modelo de planta perenne, explorando su pangenoma, y comparándolo con el de la anual B. distachyon. Análisis de genómica y transcriptómica comparada de las 11 especies nos permitirán conocer y analizar los niveles de expresión y regulación de genes asociados con la perennialidad (rizomatosidad, vernalización, fotoperiodo y floración, entre otros), identificando las variaciones genómicas y los elementos cis y otros elementos potencialmente reguladores [secuencias no codificantes conservadas (CNS), elementos transponibles (TEs), y microRNAs] adquiridos en cada linaje, infiriendo su potencial transferencia vertical. El estudio comparado de especies progenitoras y de híbridos silvestres y sintéticos nos permitirá desentrañar los mecanismos de
especiación en alopoliploides ancestrales y recientes. Los análisis filogeográficos basados en el pangenoma nos permitirán probar hipótesis sobre la influencia de caracteres biológicos (tiempos de floración) y geo-ecológicos en la evolución espacio-temporal de las poblaciones de B. sylvaticum. Análisis comparados de modelos de nicho ambiental nos permitirán probar hipótesis de conservatismo vs divergencia de nicho en las 11 especies de Brachypodium. Nuestros resultados supondrán un notable avance en el conocimiento de la evolución de la regulación genética de estos caracteres biológicos y procesos de especiación, y de su herencia evolutiva en este grupo modelo de las gramíneas templadas.

Acronym: 
BRACHYGEN
Author: 
Contreras Moreira, Bruno
Principal researcher: 
Pilar Catalán
Managing entity: 
SGI - Universidad de Zaragoza
Scope: 
Nacional
Number of researchers: 
5
Start date: 
01/2017
End date: 
12/2019
Entidad financiadora
Financing entity: 
MINECO
Call: 
Excelencia del Plan nacional
Presupuesto
Total budget: 
200.000€