Identificación de genes asociados al desarrollo del endospermo en Paspalum notatum Flüggé

• Autores: Depetris, Mara Belén
• Año de publicación: 2014
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de maestría
• Colaborador/a o director/a de tesis: Felitti, Silvina A.; Acuña, Carlos A.
• Materia: Fitomejoramiento; Genotipos; Rendimiento; Interacción genotipo ambiente; Argentina
• Institución: Universidad Nacional de Rosario

Paspalum notatum es una especie utilizada como modelo en estudios de genética reproductiva vegetal. El citotipo diploide es sexual y autoincompatible; mientras que los poliploides son apomícticos, pseudógamos y autofértiles. La formación del endospermo en individuos apomícticos no depende del aporte genómico 2:1 (materno:paterno), típico de las plantas sexuales y de la mayoría de las angiospermas. El desarrollo del endospermo es un aspecto crucial en la perspectiva de incorporar el carácter apomixis a los cereales, ya que estos cultivos no producen granos si esa relación 2m:1p se desvía. Esto haría posible la fijación, el mantenimiento y la multiplicación por semillas de genotipos de interés. El objetivo de este trabajo fue caracterizar el transcriptoma durante la formación de semillas provenientes de plantas apomícticas y sexuales de P. notatum. Se realizaron cruzamientos de plantas con distintos niveles de ploidía a fin de generar un amplio rango de contribuciones genómicas materna: paterna en el endospermo, tanto en genotipos apomícticos como sexuales. El ARN fue extraído de ovarios 24 horas después de la polinización y se analizó la expresión génica utilizando la metodología de cDNA-AFLP. Según observaciones al microscopio de los ovarios polinizados, 24 h después de la polinización ya se produjeron varias divisiones celulares, tanto en el embrión como en el endospermo y es antes del colapso por aborto post cigótico encontrado en estudios previos. A partir de geles de poliacrilamida, fueron aisladas bandas que mostraron expresión diferencial en los distintos cruzamientos comparados. Se obtuvieron las secuencias de 91 transcriptos, pero por su buena calidad fueron 49 las que se compararon con otras de función conocida disponibles en bases de datos. De acuerdo a la identidad que presentaron, fueron clasificadas en 11 categorías funcionales. Un 15 % de los transcriptos correspondieron a procesos de transducción de señales; 6 % al metabolismo y procesos de obtención de energía; 4 % a mantenimiento de la estructura celular, transcripción, división y crecimiento celular. Una minoría, 2 % perteneció a procesos de defensa frente a enfermedades, síntesis de proteínas, transportadores y transporte intracelular. Finalmente, el 53 % fue incluido en la categoría desconocido. Los resultados alcanzados a partir del empleo de la metodología utilizada (cDNA-AFLP) permitió aislar bandas de expresión diferencial entre distintos cruzamientos y el relevamiento del transcriptoma permitió identificar genes diferencialmente expresados durante las primeras fases en el desarrollo del endospermo, en relación a la poliploidía y a la apomixis. La mayoría de los transcriptos se clasificaron como participantes de rutas de transducción de señales, lo que podría estar indicando que una o más señales extracelulares detectadas por receptores son las que desencadenan respuestas en el desarrollo del endospermo y, por consiguiente, en la producción de semillas. Otro porcentaje importante de los transcriptos pertenecieron a categorías funcionales de vías metabólicas, procesos energéticos y mantenimiento de la estructura celular. Puede predecirse así, que un número importante de los mismos intervienen en el metabolismo y transporte de aminoácidos, en la organización de la pared celular y del citoesqueleto. Estos procesos desempeñan papeles fundamentales durante la división celular activa que se produce en la fase inicial de desarrollo de la semilla. Especialmente, el citoesqueleto es un factor clave para la vía de desarrollo de endospermo en cereales. Existe la posibilidad de que los transcritos detectados en esta etapa estén involucrados en la acumulación de reservas preparando para la formación de endospermo. Se encontraron transcriptos en ovarios de madres sexuales, donde no se esperaba semilla (NBE distinto 2:1), con secuencias muy similares a genes que producían falla en la fusión de los núcleos polares durante la megagametogénesis; acumulación de CDPK en semillas inmaduras relacionado a la biosíntesis de productos de almacenamiento. Ambos procesos podrían estar involucrados en el éxito o el fracaso del desarrollo del endospermo y la producción de semillas en P. notatum. Uno de los DETDFs proveniente de ovarios derivados de madres apomícticas, implicado en el metabolismo de la sacarosa (enzima SUS1) durante la fase de acumulación masiva de almidón y de hexosas en el endospermo, podría estar relacionado a la insensibilidad al NBE. El estudio llevado a cabo permitió identificar transcriptos potencialmente relacionados con el éxito o el fracaso del desarrollo del endospermo. Esto contribuirá a comprender el mecanismo por el cual este sistema genera semillas independientemente de la estricta relación genómica materna y paterna (2m:1p) presente en la mayoría de las especies de gramíneas.
The seed developmental process involves various tissues with several ploidy levéis and different genetic origins. The hypothesis of endosperm balance number (EBN) postulates that each species has an effective number that is important for normal endosperm and seed development to occur. The EBN insensitivity observed in apomictic plants might be a requirement for the spread of pseudogamous apomixis. Crosses using several cytotypes of P. notatum were made in order to induce the development of seeds with different maternal/paternal genomic ratios in the endosperm. A transcriptome characterization of ovaries 24 hours after pollination was performed using cDNA-AFLP methodology. One of the 49 differentially expressed transcript-derived fragments (DETDFs) were specifically found in crosses in which apomictic plañís were used as the female parent and presented a predicted m:p ratio that was different to the 2:1 requirement of the EBN. This transcript was predicted to be involved in sucrose metabolism (enzyme SUS1) during the massive accumulation of hexose and starch in the endosperm and might be related to NBE insensitivity in P. notatum. No seeds were produced in crosses in which sexual plañís were used as the female parent and the predicted m:p ratio was different to the 2:1. In this case, two interesting transcripts were found. One of them was similar to a gene associated to the fusión of the polar nuclei during megagametogénesis and the second DETDF presented high similarity with a Calcium-dependent Protein Kinase (CDPK) that regúlales the accumulation of storage producís in immature seeds of specie. Both processes might be involved in the success or failure of endosperm development and seed production in P. notatum.
Fil: Fil: Depetris, Mara Belén. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina