Identification and evaluation of genes involved in seed development and seedlessness phenotype in Vitis viniera L.
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Date
2019
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Abstract
Las semillas, desarrolladas a partir de los óvulos florales, son estructuras con una importante
función biológica, ya que permiten que las plantas puedan generar descendencia. La formación
de los óvulos y las semillas, son por lo tanto, procesos complejos en el que participan múltiples
genes.
La apirenia es un fenotipo caracterizado por la presencia de frutas sin semillas, con muy pocas
semillas o con trazas seminales. Esta característica es altamente deseada por los consumidores
de fruta.
Vitis vinifera L. es uno de los cultivos más importantes económicamente a nivel mundial.
Naturalmente, las bayas de vid apirénicas se generan por dos mecanismos, Partenocarpia y
Estenoespermocarpia, en los cuales se producen uvas sin semillas o con rudimentos seminales,
respectivamente. Ambos mecanismos son el resultado de algún defecto ocurrido en etapas
tempranas del desarrollo de la flor o la baya de vid.
El desarrollo del óvulo/semilla y el fenotipo de apirenia en V. vinifera, es un proceso que ha
sido escasamente estudiado. Se cree que al igual que en otras especies como Arabidopsis
thaliana, este es un proceso complejo en el cual participarían múltiples genes. A la fecha sólo
han sido sugerido algunos genes candidatos , de los cuales sólo 3 han sido caracterizados. Previamente, se realizó un análisis transcripcional masivo en nuestro laboratorio, utilizando
tejido de flores y bayas jóvenes de vid, el cual permitió identificar genes candidatos que
presentaron perfiles de expresión diferencial entre plantas con bayas semilladas y apirénicas.
En este contexto, la investigación realizada en esta tesis, consistió en caracterizar
cuantitativamente el perfil de expresión de los genes candidatos que codifican para factores de
transcripción putativos como VvAGL6_1, VvAGL6_2, VvAIL5, VvINO, o el correpresor
transcripcional VvLUG, en el desarrollo temprano de la baya de vid y posteriormente, en
determinar si alguno de estos genes afecta la formación de la semilla en la planta modelo
Arabidopsis thaliana.
El estudio realizado permitió la identificación de dos genes, VvAIL5 y VvINO, los cuales
presentan una acumulación diferencial de transcritos entre individuos con fenotipo
semillado/apirénico. En flores pre-polinizadas ambos genes exhibieron una disminución en la
cantidad de transcritos en vides apirénicas, con respecto a vides semilladas. Por otra parte, en el
estado de frutos en cuaja, sólo el gen VvINO exhibió disminución de los niveles de transcrito en
bayas apirénicas en comparación a bayas semilladas. Estos resultados sugieren que existe una
correlación entre una menor expresión de VvAIL5 y VvINO y el desarrollo de bayas apirénicas,
y a su vez, que ambos genes podrían contribuir a la formación de la semilla, participando en
diferentes etapas del desarrollo de la flor y la baya.
Posteriormente, se seleccionó y evaluó la funcionalidad del gen VvINO, mediante expresión
ectópica en la planta modelo Arabidopsis thaliana. A través del análisis in silico de la secuencia
genómica de VvINO, se identificó múltiples elementos regulatorios en la región promotora que
sugieren una interacción de este gen con otros factores de transcripción, así como regulaciones a nivel hormonal. Finalmente, se obtuvieron plantas de Arabidopsis sobreexpresoras de VvINO,
las cuales presentaron silicuas más grandes y con un mayor número de semillas en comparación
a las wild type. Estos resultados, en conjunto con trabajos previamente publicados, permiten
sugerir que VvINO afecta la formación del primordio del óvulo y por lo tanto, influye en el
número total de las semillas en frutos maduros de Arabidopsis thaliana.
Los resultados generados en el marco de esta investigación constituyen una primera
aproximación al estudio de genes de Vitis vinifera, candidatos a participar en el desarrollo
reproductivo de la semilla, tema que hasta el momento ha sido escasamente estudiado. Así, este
trabajo deja abiertas nuevas interrogantes para profundizar en el estudio de estos genes a futuro,
lo que sin duda contribuirá a lograr una comprensión más acabada sobre los mecanismos
moleculares y genéticos involucrados en la formación de la semilla en vid.
Description
Tesis (Doctor of Biological Sciences with mention in Molecular Genetics and Microbiology)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2019