Análisis Genómico y Reconstrucción Metabólica de la Variedad Colombia de Solanum tuberosum L. Grupo Phureja

Abstract

El cultivar 'Criolla Colombia' de Solanum tuberosum L. Grupo Phureja constituye un recurso fitogenético estratégico para Colombia, con aproximadamente 18,000 hectáreas cultivadas anualmente que representan el 15% de la producción nacional de papa criolla. Sin embargo, la ausencia de un genoma de referencia bien ensamblado y anotado, así como de un modelo metabólico a escala genómica específico para este cultivar diploide, limita significativamente la comprensión mecanística de los determinantes moleculares de su fenotipo y restringe el desarrollo de programas de mejoramiento genético eficientes.

Se realizó el ensamblaje de novo del genoma completo del cultivar 'Criolla Colombia' utilizando tecnología PacBio HiFi (15.2 Gb de datos, lecturas promedio de 8 kb), seguido de corrección de errores con Inspector v1.2, control de calidad con BUSCO y BlobToolKit, y andamiaje cromosómico con RagTag. Se ejecutó la predicción estructural de genes con AUGUSTUS y anotación funcional con eggNOG-mapper, alcanzando cobertura del 79.4% de las proteínas predichas con asignaciones KEGG, COG y números EC. La reconstrucción del modelo metabólico a escala genómica (GEM) se implementó mediante COBRApy y ModelSEEDpy, con curación iterativa, enriquecimiento vía APIs de KEGG, validación con MEMOTE y pruebas de viabilidad mediante análisis de balance de flujos (FBA).

Se obtuvo un ensamblaje diploide de alta calidad con dos haplotipos diferenciados (1.66 Gb, heterocigosidad 1.36%), completitud BUSCO superior al 95% en todos los niveles taxonómicos, contaminación mínima (<4.2%), y especificidad taxonómica del 96% en Solanaceae. La anotación funcional identificó 39,127 genes codificantes de proteínas con alta sintenia cromosómica respecto al genoma de referencia DM1-3 516 R44 v6.1. Se desarrolló el primer modelo metabólico específico del cultivar 'Criolla Colombia', multicompartimental y estequiométricamente consistente, con 1,063 reacciones bioquímicas, 901 metabolitos únicos y viabilidad computacional confirmada mediante FBA (valor objetivo de biomasa: 361.32).

Esta investigación generó el primer genoma completo y modelo metabólico específico del cultivar 'Criolla Colombia', llenando una brecha crítica en el conocimiento de la papa criolla diploide. La integración genómica-metabólica lograda establece un marco metodológico reproducible para la caracterización funcional de cultivos andinos y demuestra la factibilidad de generar recursos de calidad internacional para genotipos locales. Los recursos constituyen herramientas fundamentales hacia un mejoramiento genético asistido por modelos, con potencial de impacto directo en la optimización de la papa criolla y la seguridad alimentaria regional. (Texto tomado de la fuente)