Evolución del metabolismo de los glicoalcaloides esteroidales en especies del género Solanum desde una perspectiva multi-ómica

Abstract

Las plantas producen diferentes tipos de metabolitos especializados que median las interacciones bióticas y abióticas asociadas con la defensa, reproducción y supervivencia de los individuos. En la familia Solanaceae, diferentes especies producen metabolitos con importancia medicinal, nutricional y económica. Entre los metabolitos de mayor interés por sus características medicinales y ecológicas se encuentran los glicoalcaloides esteroidales (SGAs), los cuales principalmente se encuentran en especies del género Solanum. Estos compuestos, facilitan la defensa de las plantas contra patógenos y herbívoros y se ha registrado que generan toxicidad en humanos y en otros organismos herbívoros. Análisis genómicos y de co-expresión de genes, han identificado que muchos de los genes de la ruta metabólica de los SGAs se encuentran agrupados en diferentes regiones cromosómicas. Debido a su toxicidad, los humanos han seleccionado de las plantas cultivables las variedades que presentan menor contenido de SGAs. Estos procesos de domesticación han permitido identificar cambios genómicos estructurales sobre la secuencia y organización de los genes de SGAs, lo cual está asociado con cambios en la diversidad y concentración de metabolitos entre las especies. Sin embargo, aún se desconoce la diversidad de SGAs en especies silvestres y medicinales del género Solanum y los posibles cambios genómicos que han generado esta diversidad. En este proyecto estudiamos desde la genómica estructural, funcional y evolutiva, la diversidad de compuestos metabólicos de la ruta de los SGAs en especies silvestres de la familia Solanaceae con potenciales usos medicinales. Realizamos análisis de sintenia, de expresión de genes y metabolitos, para identificar los genes y compuestos que se producen entre las diferentes especies de la familia Solanaceae. Finalmente, evaluamos la diversificación de las especies de la familia, con respecto a la evolución del metabolismo de los SGAs, en función de la distancia filogenética y metabólica entre las especies (Texto tomado de la fuente).

Plants produce a wide variety of specialized metabolites that mediate biotic and abiotic interactions related to defense, reproduction, and survival. In the Solanaceae family, different species produce metabolites with medicinal, nutritional, and economic importance. Among the metabolites of greatest interest due to their medicinal and ecological characteristics are steroidal glycoalkaloids (SGAs), which are primarily found in species of the Solanum genus. These compounds contribute to the plant's defense against potential pathogens and herbivores and have been reported to cause toxicity in humans and other herbivorous organisms. Genomic and gene co-expression analyses have identified that many of the genes involved in the SGA metabolic pathway are clustered in different chromosomal regions. Due to their toxicity, humans have selected cultivable plant varieties with lower SGA content. These domestication processes have allowed the identification of structural genomic changes in the sequence and organization of SGA genes, which are associated with changes in metabolite diversity and concentration among species. However, the diversity of SGAs in wild and medicinal species of the Solanum genus and the potential genomic changes responsible for this diversity remain unknown. In this project, we investigate the diversity of SGA pathway metabolites in wild Solanaceae species with potential medicinal uses from a structural, functional, and evolutionary genomic perspective. We performed synteny analysis, gene expression, and metabolic profile characterization studies to identify the genes and compounds produced across different Solanaceae species. Finally, we investigated the diversification of solanaceous species concerning the evolution of SGA metabolism and considered the phylogenetic and metabolic distance among species.