Expresión diferencial de transcriptos asociados a la androesterilidad inducida por imidazolinonas en girasol resistente
Fecha
2020-09-07
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FCA-UNR
Resumen
El cultivo de girasol (Helianthus annuus L.) de origen norteamericano, es el segundo cultivo
oleaginoso en importancia de la Argentina. El mejoramiento genético asociado a la
implementación de tecnologías de producción constituye un factor crítico para la optimización de
la productividad y competitividad de los cultivos. La producción de semillas híbridas a nivel
mundial se basa casi exclusivamente en el uso de un único sistema de androesterilidad conocido
como CMS PET1, lo que conlleva una alta vulnerabilidad genética. Es por esto que resulta
sumamente necesario contar con nuevos sistemas de producción de híbridos en girasol.
Se ha propuesto un nuevo método para inducir androesterilidad a través del tratamiento con
imidazolinonas (herbicidas pertenecientes al grupo de inhibidores de la enzima acetohidroxiácido
sintasa, AHAS) en estadios reproductivos tempranos en aquellas plantas que portan alelos de
resistencia para esta familia de herbicidas. Este método de generación de androesterilidad podría
ser aplicado a cualquier tipo de germoplasma para la obtención de híbridos, otorgando así una
amplia flexibilidad a los esquemas de mejoramiento genético. No obstante, los mecanismos
subyacentes implicados en la inducción de la esterilidad por medio de este tratamiento no han
sido estudiados.
Este trabajo tuvo como objetivo la caracterización molecular de un nuevo método de
generación de androesterilidad por medio del tratamiento con imidazolinonas de líneas
resistentes. Por un lado, se realizó un análisis de la fisiología y anatomía del polen y semillas en
plantas tratadas con 160 gr i.a. ha-1 de imazapir y plantas control en dos genotipos de girasol que
difieren en el nivel de resistencia a imidazolinonas: completamente resistente (R,
Imr1Imr1Imr2Imr2) y de resistencia intermedia (I, Imr1Imr1imr2imr2). Por otro, se estudiaron los
transcriptos diferencialmente expresados entre dichas plantas.
Se analizaron los parámetros fisiológicos del polen, de semillas y el desarrollo del tejido
esporogénico por microscopía de contraste interdiferencial. El número de granos de polen por flor
en ambos genotipos denotó una reducción significativa en plantas tratadas con respecto al
control, siendo para el genotipo R: 444 ± 156 y 21.806 ± 607 granos de polen por flor, mientras
que para I 1.344 ± 357 y 18.754 ± 969 granos. Mediante el estudio de la exomorfología del polen
no se detectaron diferencias significativas en cuanto al número de espinas entre plantas tratadas
y control, aunque se evidenciaron diferencias en el diámetro del poro únicamente para el genotipo
de resistencia intermedia. Los porcentajes de números de granos viables en plantas control
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(89,3%) superaron significativamente el porcentaje detectado en plantas tratadas (69,3%) en el
genotipo R como en el genotipo I, 90% y 68,4% respectivamente. La cantidad de semillas viables
se correspondió con la producción de polen, reduciéndose a valores mínimos en plantas tratadas
tanto para el genotipo R (8,2%) como para el I (12,5%), dando diferencias altamente significativas
respecto a los controles (p-valor<0,01). A nivel de tejido esporogénico se observaron alteraciones
en el desarrollo del polen en ambos genotipos tratados, donde se visualizaron grandes espacios
vacíos y en ocasiones completa ausencia de microsporas.
La caracterización transcriptómica se abordó mediante la extracción de ARN e identificación
por cDNA-AFLP de transcriptos diferencialmente expresados entre plantas tratadas y control. Se
obtuvieron 948 fragmentos derivados de transcriptos, de los cuales 617 fueron categorizados en
dos grupos principales: inducidos y suprimidos por el tratamiento; y cada uno subdividido en etapa
temprana y tardía respecto al desarrollo del tejido esporogénico. Además, se lograron aislar y
secuenciar 73 fragmentos de expresión diferencial, los cuales fueron comparados con secuencias
conocidas en bases de datos públicas. Evitando redundancias se realizaron agrupamientos,
obteniendo 11 contigs y 31 singletones, constituyendo así 42 secuencias únicas. Los transcriptos
pudieron ser agrupados según sus funciones biológicas en 14 grupos, siendo los más
representados: traducción, fosforilación de proteínas, procesamiento de xenobióticos, vías de
señalización intracelular, proteínas de transporte transmembrana y proteínas de respuesta celular
a estímulos. En menor proporción se identificaron proteínas de unión a ADN, actividad
endopeptidasa, proteínas de óxido reducción, proteínas de almacenamiento, envoltura y motilidad
celular (ELMO), y proteínas involucradas en procesos redox. Los transcriptos simultáneamente
inducidos y suprimidos por el tratamiento en ambos genotipos resultaron particularmente
interesantes ya que formarían parte del mecanismo de inducción de androesterilidad propiamente
dicho. Por otro lado, diez de las 42 secuencias únicas no presentaron homologías con las bases
de datos. En base a estos resultados hemos planteado un posible mecanismo del efecto
gametocida del imazapir.
Los resultados presentados contribuyen en el corto plazo a ampliar la frontera del conocimiento
respecto a esta nueva herramienta para la generación de híbridos y en el mediano plazo a la
optimización de los esquemas de mejoramiento del cultivo girasol.
Palabras clave
Helianthus annuus, Girasol, Androesterilidad inducida, Resistencia a imidazolinonas, Expresión diferencial, Acetohidroxiácido sintasa, Herbicidas inhibidores de enzimas