Identificación y caracterización funcional de genes candidatos asociados a la senescencia foliar en girasol basado en perfiles transcripcionales y metabólicos
El proceso de senescencia en plantas es un mecanismo complejo controlado pormúltiples variables genéticas y ambientales que condicionan el rendimiento de loscultivos. En el caso del girasol, el segundo cultivo oleaginoso en importanciaeconómica para nuestro país, se trata de un proceso con impacto e...
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| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | |
| Formato: | Tesis doctoral publishedVersion |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
2014
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5484_Moschen https://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=aextesis&d=tesis_n5484_Moschen_oai |
| Aporte de: |
| Sumario: | El proceso de senescencia en plantas es un mecanismo complejo controlado pormúltiples variables genéticas y ambientales que condicionan el rendimiento de loscultivos. En el caso del girasol, el segundo cultivo oleaginoso en importanciaeconómica para nuestro país, se trata de un proceso con impacto económico queinterviene en la brecha existente entre el rendimiento potencial y el rendimientoreal observado, por la mayor o menor oportunidad de las plantas para mantener elsistema fotosintético activo durante periodos prolongados. Los parámetros visualesresultan tardíos para evaluar el desencadenamiento y posterior tasa de evolución dela senescencia foliar. La clorosis, la variación en el contenido de clorofila así comotambién la necrosis de las hojas, son detectables mucho tiempo después que laseñal iniciadora de la senescencia ha sido activada. Este trabajo tuvo como objetivo general el estudio del proceso de senescencia engirasol a través de distintos niveles de organización: ecofisiológico, metabolómico,transcriptómico, culminando con la integración de los diversos enfoques ómicosmediante una aproximación de biología de sistemas, con el objetivo final deidentificar potenciales biomarcadores asociados al proceso de senescencia engirasol. Se condujeron distintos ensayos que fueron realizados tanto a campo, en la Estación Experimental INTA-Balcarce como en invernáculo, en el Instituto de Biotecnología INTA Castelar, para evaluar el progreso del proceso de senescenciatanto en condiciones naturales como controladas. Asimismo se evaluó la respuestafrente a condiciones de restricción hídrica impuesta en distintas etapas deldesarrollo de las plantas. Se realizaron evaluaciones ecofisiológicas relacionadas con el avance de lasenescencia, a través de la medición de variables como contenido de clorofila,azúcares solubles y nitrógeno total de hojas, mediciones a campo de área foliarverde, SPAD, intercepción de la radiación y materia seca por órganos, mediantelas cuales fue posible evaluar la evolución del proceso en las diferentes hojas, encondiciones naturales de cultivo. Adicionalmente, se llevó adelante un análisis de los perfiles metabólicos utilizandotécnicas de cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masa (GC-MS)que permitió la optimización del protocolo de la extracción de metabolitos de hojasde girasol, y la detección de aproximadamente 60 metabolitos primariosincluyendo distintos aminoácidos, ácidos orgánicos, azúcares y azucares alcohol. Asimismo se optimizó la tecnología de cromatografía iónica, mediante la cual secuantificaron diferentes nutrientes iónicos relevantes durante el proceso desenescencia tales como nitratos, sulfatos, fosfatos entre otros. En forma paralela se llevó a cabo un estudio a nivel transcriptómico considerandotanto estrategias de genes candidato, mediante la búsqueda de secuenciasputativamente ortólogas a girasol asociadas a senescencia en especies modelo,como el análisis concertado de expresión génica utilizando una micromatriz deoligonucleótidos desarrollada para esta especie. A partir del análisis estadístico delos datos obtenidos con la micromatriz, se realizó un análisis de enriquecimientofuncional sobre el total de los unigenes que mostraron un comportamientodiferencial y significativo para las distintas condiciones evaluadas, utilizando lametodología de Gene Set Analysis basado en modelos de regresión logística. Deeste modo se identificaron las diferentes categorías funcionales asociadas a bloquesde genes con un patrón de expresión similar. La búsqueda de genes candidato seprofundizó con la consulta de bases de datos de genes asociados a senescencia (SAGs del inglés: Senescence Associated Genes), así como también sobre aquellosgenes con dominios de factores de transcripción como posibles desencadenantes delas cascadas de señalización de este proceso. Por último, se realizó la integración de los datos obtenidos a partir de distintasestrategias (fisiológicas, metabolómicas y transcriptómicas) utilizando unaaproximación basada en biología de sistemas con el objetivo de identificarbiomarcadores asociados a la senescencia en girasol. Para este fin se usaron losprogramas Paintomics 2.0 (http://www.paintomics.org) (García-Alcalde y col 2011) y Mapman (http://mapman.gabipd.org/) (Thimm y col 2004) que fueronadaptados para su uso con datos provenientes de esta especie. Los resultados obtenidos a partir de la integración de datos mostraron unacorrespondencia entre los cambios detectados a través de los diferentes nivelesanalizados. A partir de una visión general del metabolismo celular se pudoobservar una disminución de la actividad fotosintética y el crecimiento celular, y un incremento en el metabolismo de sacarosa, ácidos grasos, nucleótidos yaminoácidos así como también en aquellos procesos relacionados al reciclado denutrientes. En particular, los factores de transcripción con dominios NAC, AP2- EREBP y MYB mostraron altos niveles de expresión y mayores niveles decorrelación y co-expresión, puntualizándolos como importantes biomarcadorescandidatos para la ejecución del programa de senescencia en girasol. Los resultados de este trabajo permitieron contribuir al conocimiento de losmecanismos moleculares involucrados en el desencadenamiento y evolución delproceso de senescencia en girasol, así como a la selección robusta de genesinvolucrados en las distintas etapas del desarrollo del proceso, especialmentefactores de transcripción. Estos últimos fundamentalmente, podrán ser validados afuturo sobre materiales de mejora para ser incorporados a los programas demejoramiento asistido de este cultivo de gran importancia agronómica para nuestropaís. Finalmente, las estrategias, metodologías, herramientas y conocimientosdesarrollados en esta tesis contribuyen al desarrollo del cultivo y promueven laadopción de la genómica y la post-genómica en las distintas etapas delmejoramiento de girasol. |
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