Mecanismos genéticos y moleculares que conectan la determinación del meristemo floral y el desarrollo del fruto de tomate
- Autores: Laura Castañeda Cruz
- Directores de la Tesis: Rafael Lozano Ruiz (dir. tes.), Estela Giménez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Número de páginas: 240
- Títulos paralelos:
- Genetic and molecular mechanisms linking floral meristem determination and fruit development in tomato
- Tribunal Calificador de la Tesis: Vicente Moreno (presid.), Fernando Juan Yuste Lisbona (secret.), David Pose Padilla (voc.), Cristina Ferrandiz Maestre (voc.), Trinidad Angosto (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biotecnología y Bioprocesos Industriales Aplicados a la Agroalimentación y Medioambiente por la Universidad de Almería
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: riUAL
- Resumen
- español
La formación de flores, como estructuras altamente especializadas que albergan los órganos reproductivos de las plantas, constituye uno de los mayores hitos biológicos y evolutivos de las angiospermas. A pesar de la gran variedad de tamaños, formas y colores que pueden presentar, las flores se desarrollan siguiendo un patrón predeterminado, en el que se distinguen cuatro verticilos de órganos florales, donde los sépalos, pétalos estambres y carpelos se originan de manera secuencial a partir de dominios celulares específicos que integran el meristemo floral. Una vez las células meristemáticas de cada verticilo han adquirido la identidad de los distintos órganos florales, el meristemo floral debe reprogramarse para terminar su desarrollo, concluyendo así la proliferación y diferenciación de las células meristemáticas. Este proceso de determinación floral obedece a una regulación genética precisa y debe estar coordinado con el programa de diferenciación de los distintos órganos florales, y más concretamente con el desarrollo de carpelos. De esta forma, la determinación floral ocurre en un momento específico del desarrollo, una vez se ha formado un número preciso de carpelos, específico para cada especie. Este proceso se encuentra estrechamente ligado al número de lóculos que formarán el fruto, lo que supone un rasgo de especial importancia agronómica toda vez que define caracteres como la forma y el tamaño del fruto, así como otros de calidad interna de este (textura, jugosidad, contenido en sólidos solubles, acidez, etc.). En una planta modelo como tomate (Solanum lycopersicum L.), el conocimiento detallado de los genes y mecanismos moleculares implicados en el proceso de determinación floral no solo constituye un objetivo fundamental tanto para la biología del desarrollo, sino que tiene una evidente repercusión para la mejora genética y la producción hortícola.
A fin de profundizar en el mecanismo genético y molecular que regula la determinación de la actividad del meristemo floral, en la presente Tesis Doctoral se han llevado a cabo el análisis genético y la caracterización molecular y funcional de un nuevo mutante recesivo de tomate denominado fruit iterative growth (fig). Las plantas homocigotas para el alelo fig presentan un fenotipo de penetrancia incompleta y expresividad variable que, en su versión más severa, se caracteriza por el desarrollo de un elevado número de sépalos, pétalos, estambres y, muy especialmente, de carpelos, lo que conduce a la formación de frutos indeterminados, con el consiguiente crecimiento de frutos secundarios que emergen desde el interior del fruto principal, dando lugar al conocido aspecto de “fruto de fruto”.
Mediante técnicas de análisis genético y mapeo por secuenciación masiva (mapping by sequencing) se ha aislado y caracterizado el gen Solanum lycopersicum CRABS CLAWa (SlCRCa), que codifica un factor de transcripción de la familia YABBY. Si bien este gen no ha sido estudiado en tomate, su homólogo en Arabidopsis thaliana, CRABS CLAW (CRC), representa un factor crucial en la regulación del desarrollo de carpelos, la determinación del meristemo floral y la formación de los nectarios.
El análisis funcional y molecular del gen SlCRCa, y de su parálogo, SlCRCb, indica que la actividad de ambos se rige por un mecanismo de compensación activa que regula la determinación del meristemo floral. Así mismo, hemos podido demostrar que SlCRCa y SlCRCb funcionan de manera parcialmente redundante para garantizar el correcto desarrollo de la flor y el fruto. Igualmente importante, este estudio aporta además evidencias de que las proteínas parálogas SlCRC forman parte de un complejo remodelador de la cromatina junto con SlIMA, SlKNU, SlTPL1 y SlHADA1 que regula la expresión de SlWUS, a fin de promover la determinación floral y asegurar la correcta formación del gineceo.
Por su parte, un estudio de complementación del mutante crc-1 de Arabidopsis mediante la expresión de los parálogos SlCRC de tomate bajo el control del promotor del locus CRC de Arabidopsis, ha permitido concluir que los loci SlCRCa y SlCRCb cumplen una función homóloga a la de CRC en lo relativo al desarrollo de los carpelos y la determinación del meristemo floral, no así en la formación de los nectarios, órganos de los que carecen las especies del género Solanum.
- English
The formation of flowers, as highly specialized structures that house the reproductive organs, constitutes one of the major biological and evolutionary milestones of angiosperms. Despite the great variety of sizes, shapes and colours that they can present, flowers are developed following a predetermined pattern, in which four floral organ whorls, i.e. sepals, petals, stamens and carpels are sequentially differentiated from specific cellular domains of the floral meristem. Once the meristematic cells of each whorl have acquired the appropriate identity of the different floral organs, the floral meristem must be reprogrammed to complete its development, thus concluding proliferation and differentiation of the meristematic cells.
This process of floral determination obeys a precise genetic regulation and must be coordinated with the differentiation program of the floral organs, and more specifically with the development of carpels. In this way, the floral determination should occurs at a specific moment of development, once a precise number of carpel primordia have been initiated. This process is closely linked to the number of locules that will form the fruit, which is a trait of special agronomic importance since it defines characters such as the shape and size of the tomato fruits, as well as other internal quality of the fruit (texture, juiciness, soluble solids content, acidity, etc.). In a model plant such as tomato (Solanum lycopersicum L.), further knowledge of the genetic factors and the molecular mechanism involved in floral determinacy not only is a fundamental objective for developmental biology, but also has an evident repercussion for plant breeding and horticultural production.
Mapping-by-sequencing strategies have allowed us to isolate and characterize Solanum lycopersicum CRABS CLAWa (SlCRCa) gene, which encodes a YABBY transcription factor. Although this gene has not been characterized in tomato so far, its homologous in Arabidopsis thaliana, CRABS CLAW (CRC), has been described as a key factor for carpel formation, floral meristem determinacy and nectary formation.
Functional and molecular analyses of the SlCRCa gene and its paralogue SlCRCb, indicate that both YABBY members have developed an active compensation mechanism to regulate floral meristem determination and that they operate in a partially redundant manner for safeguarding the proper formation of flowers and fruits. Furthermore, this study provides evidence for the putative role of SlCRC paralogues in tomato as members of a chromatin remodelling complex together with SlIMA, SlKNU, SlTPL1 and SlHADA1 to regulate SlWUS expression in order to promote floral determination and asses the correct gynoecium formation.
Likewise, a complementation study of the Arabidopsis crc-1 mutant by the expression of the CRC paralogues in tomato under the control of the CRC promoter led to the conclusion that the SlCRCa and SlCRCb loci have a homologous function to the Arabidopsis CRC gene regarding to carpel formation and fusion, and floral meristem determinacy.
- español
