Transcriptómica en diferentes condiciones de madurez del fruto de genotipos de tomate (Solanum lycopersicum) que discrepan para la vida poscosecha de los frutos
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2021
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Resumen
El tomate Solanum lycopersicum L., por su genoma pequeño, un ciclo de vida
corto, mutantes de maduración bien caracterizados, ricos recursos genómicos e
importancia comercial ha sido utilizado como modelo en estudios de maduración de
frutos climatéricos, así como para dilucidar las bases genéticas y epigenética de
numerosos caracteres de interés agronómico. Varios mutantes de maduración
importantes, incluidos CNR, RIN y NOR han proporcionado nuevos conocimientos
sobre el control de los procesos de maduración. Estos genes, que bloquean o
alargan el proceso de la madurez, confieren larga vida poscosecha a los frutos, pero
producen efectos indeseados sobre la calidad debido a su acción pleiotrópica sobre
las vías metabólicas que brindan un adecuado sabor, aroma, textura, etc. Se ha
demostrado que los frutos de las formas silvestres S. lycopersicum var. cerasiforme
y S. pimpinellifolium tienen mayor vida poscosecha que los cultivares comerciales de
tomate pero menor que los genotipos homocigotas para los mutantes de madurez
del fruto nor y rin de S. lycopersicum y que esta prolongación de la vida poscosecha
se logra sin detrimentos de otros caracteres de calidad organoléptica. A pesar de
que S. lycopersicum y S. pimpinellifolium tienen diferencias fenotípicas extremas,
existen relativamente pocas diferencias entre las especies de tomates silvestres y
cultivadas a nivel de secuencia del genoma (cercanas al 0,6%). De acuerdo con
esto, se ha postulado que las diferencias fenotípicas se deben a las funciones de las
proteínas y, en consecuencia a la regulación del transcriptoma. Muchos de los
procesos bioquímicos y metabólicos asociados con la maduración de los frutos
requieren cambios en la expresión de cientos a miles de genes. Los estudios de
expresión diferencial ayudan a comprender el control del crecimiento y desarrollo de
las plantas y a identificar puntos de control específicos del metabolismo. La técnica
denominada ADNc-AFLP (Polimorfismo de longitud de fragmento amplificado
basado en ADNc), ha sido ya utilizada como una primera aproximación
transcriptómica a los procesos moleculares asociados a la madurez del fruto. La
regulación de la expresión génica es un proceso complejo que puede ocurrir en
varios niveles, principalmente a nivel transcripcional con la acción coordinada los
elementos cis-regulatorios presentes en los promotores y que son reconocidas por
los factores que actúan en trans. En el presente trabajo se pretende: 1- Identificar
genes con expresión diferencial en frutos que maduran en planta y en estantería en
genotipos discrepantes para la vida poscosecha de tomate y 2- Describir y analizar
in silico el rol de los promotores y los elementos reguladores que actúan en cis en la
regulación de la expresión. Para ello se utilizaron los siguientes genotipos de S.
lycopersicum: el cv Caimanta, (madurez normal) y el cv Nor (entrada 804627,
mutante para el gen nor). Los genotipos silvestres: S. lycopersicum var cerasiforme
(entrada LA1385) y S. pimpinellifolium (entrada LA722) con genes que prolongan la
vida poscosecha. Al comparar, los perfiles de expresión obtenidos por ADNc-AFLP
se observó menor cantidad de fragmentos derivados de transcriptos (FDTs) totales
en todos los genotipos cuando los frutos maduran en estantería (2481), en
comparación con aquellos que lo hacen en planta (2660). Además, se evidenció que
la cantidad total de genes, como así también los genes específicos que se activan o
reprimen, dependen del genotipo, en particular cuando el fruto madura en estantería.
Por el contrario, durante la maduración del fruto en la planta, la cantidad total y
específica de genes que se expresan es independiente del genotipo, indicando que
dicho proceso parece ser similar entre ellos. El genotipo NOR, contrariamente a lo
esperado, mostró la mayor cantidad de FDTs (fragmentos derivados de un
transcripto) totales y específicos del sitio de maduración, lo que evidenciaría que
otros genes que se encuentran activos escapan a la modulación del factor de
transcripción codificado por el gen nor. Se logró identificar y validar por RT-qPCR
genes que evidenciaron expresión diferencial detectados por ADNc-AFLP. El análisis
funcional de estos genes mostró que la respuesta a estrés fue la función con más
representación en los frutos que maduraron en planta. El análisis in silico de los
elementos cis-regulatorios de la región promotora de los genes con expresión
diferencial en planta y estantería, evidenció diferencias estructurales. La localización
de los motivos cis en genes expresados en frutos que maduran en estantería sugiere
que estos genes podrían estar regulados en la región proximal. Por el contrario, en
planta un 48,8% de los elementos cis-regulatorios se localizaron más alejados del
codon ATG, lo que dejaría suponer una regulación en la región distal. Estos
resultados permitieron un acercamiento a los posibles mecanismos de control,
vinculando la maduración de los frutos con la respuesta a estrés. Además, estos
resultados reforzarían por un lado, las diferencias fenotípicas existente entre los
genotipos y por otro la influencia del sitio de maduración (planta o estantería), sobre
la expresión génica en frutos de tomate.
Descripción
Palabras clave
Transcriptomas, Transcriptómica, Genotipos, Tomate, Solanum Lycopersicum, Maduración, Análisis in sílico