Estudio genómico de la tolerancia a suelos ácidos en cereales

Resumen

El aluminio es uno de los principales factores limitantes de la producción en suelos ácidos. Inhibe la elongación de la raíz dañando el ápice, lo cual reduce la absorción de agua y nutrientes, y en consecuencia, el rendimiento agronómico. El centeno es uno de los cereales más tolerantes a este metal. Exuda malato y citrato desde el ápice radicular, los cuales quelan el aluminio y lo excluyen de los tejidos de la planta. Se han descrito cinco loci de tolerancia en centeno: Alt1 situado en el brazo corto del cromosoma 6R; Alt2, en el brazo corto del 3R; Alt3 en el brazo largo del 4R; y Alt4 y QAlt5, ambos en el brazo corto del 7R. Los genes ALMT1 y MATE1 se han asignado a estos últimos loci, respectivamente. Sin embargo, la identidad de los otros tres loci se desconoce. El trabajo de esta tesis está dirigido a la identificación de genes relacionados con la tolerancia al aluminio en centeno. Con ese objetivo se realizaron diversas aproximaciones: ¿ En primer lugar, un experimento con microarrays que comparaba el perfil transcriptómico global de raíces de centeno (cv. Imperial), trigo hexaploide (cv. Chinese Spring), y las líneas de adición trigo-centeno 3R y 6R, en presencia y ausencia de aluminio, para así seleccionar genes candidatos para los loci de tolerancia al aluminio Alt1 (6R) y Alt2 (3R). Así, atendiendo al nivel de inducción o represión de los genes (¿10), y las más probables funciones y localización celular, se escogieron seis genes candidatos: bHLH51, CDT1, MDR4, Harpin, Aqua y ABA. Se realizó un análisis in silico de las proteínas codificadas por los genes candidatos, así como una qRT-PCR para comprobar si la inducción de estos genes en respuesta al aluminio era generalizada en centeno. También se estudió si los genes candidatos participaban en la respuesta al aluminio de Arabidopsis. Para ello, sus mutantes de inserción de T-DNA se sembraron en medio de cultivo con diferentes concentraciones de este metal. En conjunto, los resultados obtenidos indican que los genes candidatos parecen estar relacionados con la respuesta a estrés y no con la tolerancia al aluminio. ¿ En segundo lugar, un experimento de cribado en presencia de aluminio de una colección de 208 líneas transgénicas de Arabidopsis que sobreexpresan diferentes factores de transcripción. De este modo podríamos identificar factores de transcripción que participen en la respuesta al aluminio. Seleccionamos como mejor candidato DREB2A, que es un gen que se induce por aluminio y cuya inhibición parcial hace que Arabidopsis responda mejor a la presencia de este metal. ¿ Y por último, la caracterización de diversos genes de las familias ALMT, MATE, ABC y NRAMP, previamente descritos en otras especies como relacionados con la tolerancia al aluminio. Se secuenciaron, al menos en parte, los genes ScALMT2, ScALMT3, ScALMT4, ScALMT5 y ScALMT6 de la familia ALMT; ScMATE2 de la familia MATE; ScSTAR1 y ScSTAR2 de la familia ABC; y ScNRAMP de la familia NRAMP. Se localizaron ScMATE2, ScALMT2 y ScALMT4, en los cromosomas 1, 2 y 3 de centeno respectivamente. De todos estos genes hemos seleccionado ScALMT4 como el mejor candidato para su estudio en profundidad, entre otras razones, porque se localiza en el mismo brazo cromosómico que un QTL de tolerancia de centeno previamente descrito. A su vez, se analizó la expresión de ScMATE2 y ScSTAR1. Ambos se inducen en presencia de aluminio, lo cual los convierte en candidatos que podrían participar en la respuesta a este metal en centeno. En resumen, ScALMT4, ScMATE2, ScSTAR1 y DREB2A son potenciales genes de tolerancia al aluminio y se trata de buenos candidatos para una caracterización en profundidad.