Estudio de factores genéticos que influencian la productividad vegetal en ambientes desfavorables

Las plantas, como organismos sésiles, están continuamente expuestas a condiciones medioambientales cambiantes algunas de las cuales pueden limitar la productividad vegetal. En este trabajo de tesis se profundizaron los estudios sobre la función de un gen no caracterizado At1g07050 de Arabidopsis thaliana, que codifica una proteína que contiene un dominio CCT, y pertenece a la familia génica CMF. La expresión de At1g07050 está reprimida en condiciones de estrés oxidativo. Se analizó la respuesta de líneas transgénicas con niveles alterados de expresión del gen At1g07050 en condiciones normales y de estrés oxidativo. Las líneas que sobreexpresan At1g07050 mostraron una acumulación de ERO, mientras que las mutantes knock-out mostraron niveles disminuidos de ERO y mayor tolerancia al estrés oxidativo generado en el cloroplasto con el herbicida MV. En base a los resultados obtenidos, en los cuales se observan cambios en las enzimas, metabolitos y transcriptos relacionados con la detoxificación de ERO se propone que At1g07050 participa en la homeostasis redox celular denominándose a este gen FITNESS. Se realizó un análisis transcriptómico global que permitió la identificación de varios genes expresados diferencialmente entre las líneas estudiadas relacionados con la síntesis, acumulación y señalización de la hormona ácido salicílico y la defensa contra patógenos. Entre ellos, ISOCHORISMATE SYNTHASE 1 (ICS1), NON EXPRESSOR OF PATHOGENESIS-RELATED GENE 1 (NPR1), ACCELERATED CELL DEATH 6 (ACD6) y PATHOGEN AND CIRCADIAN CONTROLLED 1 (PCC1). La puesta a punto de la cuantificación de los niveles de AS libre y conjugado permitió corroborar que las mutantes fitness acumulan niveles moderados de AS. Teniendo en cuenta que la ausencia de FITNESS se correlaciona con un aumento significativo del rendimiento de semillas, se postuló que existe una compensación equilibrada entre la productividad y las respuestas de defensa en estas líneas. Para demostrar esto, se analizó su comportamiento luego de la infección por el patógeno hemibiotrófico Pseudomonas syringae, observándose que la progresión de la infección está restringida en las líneas mutantes y además que la progresión de la respuesta es dependiente de la presencia de NPR1. Usando líneas sobreexpresantes inducidas con β-estradiol se determinó que la red transcripcional de FITNESS no solo incluye factores de transcripción relacionados con la defensa como ANAC072, ORA59 y ERF1, sino que también incluye genes relacionados con el ácido jasmónico tales como LIPOXYGENASE2 (LOX2), CORONATINE INSENSITIVE1 (COI1), JASMONATE ZIM-DOMAIN 3 (JAZ3) y JAZ10. Por último, las mutantes fitness, incluso después del ataque de patógenos tienen una productividad aumentada lo que está de acuerdo con la existencia de una compensación entre desarrollo y defensa en estas líneas. Teniendo en cuenta los fenotipos observados, se realizó un análisis exhaustivo de la familia de genes CMF en una planta agronómicamente importante como lo es soja (Glycine max). El análisis de los datos de expresión disponibles públicamente para los genes GmCMF, junto con el conjunto de resultados de validación de qRT-PCR que se obtuvo, indicó que varios miembros exhiben patrones de expresión distintos en los tejidos / órganos analizados o después de los tratamientos aplicados. Casi la mitad de los genes resultaron significativamente inducidos o reprimidos por estrés o tratamiento con fitohormonas. Estos resultados están de acuerdo con el hallazgo de varios elementos reguladores putativos que actúan en cis en las regiones promotoras de los genes estudiados y que están relacionados con el estrés (abiótico y biótico) y la respuesta a fitohormonas. Se identificó el par GmCMF02 / GmCMF13 como genes ortólogos de FITNESS. Estos genes mostraron un patrón de expresión tisular muy similar, pero exhibieron un modo opuesto de regulación después de algunos tratamientos, especialmente luego de estrés oxidativo y de aplicación de fitohormonas. Se puso a punto un protocolo de transformación y obtención de líneas transgénicas estables de soja. De esta forma se obtuvieron plantas transformadas con el vector vacío y con construcciones que permiten la disminución de los niveles transcripcionales de cada uno de los genes del par GmCMF02 / GmCMF13 y de los dos en forma simultánea. Para ello se construyeron micro ARN artificiales (amiARN) específicos. Esta estrategia permitirá evaluar la funcionalidad de los genes ortólogos de FITNESS en soja. Su identificación y regulación abre nuevas vías para la investigación futura en la mejora de especies de cultivos agronómicamente importantes para reducir el impacto de plagas y enfermedades en el rendimiento de los cultivos con el fin de mejorar la producción mundial de alimentos.