Análisis citogenético y molecular del proceso melótico en mutantes de arabidopsis thaliana (l)

Resumen

La melosis es un proceso importante en los organismos eucariotas con reproducción sexual ya que está directamente implicada en la formación de los fametos y, además, constituye una fuente de variabilidad genética. Este proceso se ha estudiado en un conjunto reducido de organismos considerados modelo, entre los que se encuentra Arabidopsis thaliana. Esta especie vegetal aporta una serie de ventajas para los estudios de genética molecular, gracias fundamentalmente al pequeño tamaño de su genoma totalmente secuenciado y a su bajo contenido en secuencias repetidas. Sin embargo, estas mismas características son las que hasta hace poco tiempo han dificultado los análisis citológicos de la melosis en esta especie, los cuales se han podido llevar a cabo gracias al desarrollo de diversas técnicas citogenéticas. En los últimos años, el estudio de la melosis en Arabidopsis se ha centrado en el aislamiento de los genes que subyacen a este proceso, bien sea por búsqueda de homología con otros genes conocidos por medio de la inducción de mutantes. Los genes melóticos que han despertado mayor interés hasta el día de hoy han sido los implicados en la recombinación recíproca. En el presente trabajo se ha tratado de profundizar en el conocimiento de la melosis a través de tres estudios diferentes. En primer lugar se ha llevado a cabo un análisis detallado del proceso sináptico, ya que sea trata de un aspecto hasta ahora poco conocido de la melosis de Arabidopsis. La formación del complejo sinaptonérico (CS) se ha analizado analizado en células madre de polen (CMPs) en leptotena-paquitena, tanto en plantas normales como en mutantes melóticos. En esta especie se ha observado que la formación del CS se produce de un modo bastante similar al descrito en otras plantas superiores aunque con pequeñas diferencias, como el hecho de que no se ha podido observar la aparición de una configuración clara en bouquet. También se ha observado que en Arabidopsis la compactación de la cromatina en paquiterna es significativamente menor que en otras especies vegetales, fenómeno relacionado con un nivel mayor de recombinación (centimorgan por megabase, cM/Mb). El análisis de la sinapsis también se ha llevado a cabo en los mutantes melóticos spp 11-1-4 y asy1, en los cuales la formación del CS se encuentra afectada. El mutante spo11-1-4 es defectuoso el inicio de la recombinación y, sin embargo, presenta pequeños niveles de sinapsis. En asy1, la mutación afecta a una proteína asociada con los ejes protéicos que se extienden a lo largo de los cromosomas. En este mutante se han observado pequeñas roturas o discontinuidades en los ejes cromosómicos. El segundo lugar, se ha realizado un estudio de la variabilidad natural de la frecuencia de quiasmas en diferentes acogidos de Arabidopsis thaliana. Este análisis ha revelado que frecuencia de quiasmas proporciona una buena estima de la frecuencia de recombinación recíproca. En los 15 ecotipos analizados se han encontrado diferencias estadísticamente significativas en cuanto a la frecuencia de quiasmas por célula. Cuatro de las poblaciones estudiadas presentan valores extremos del parámetro analizado, dos de ellas significativamente mayores a los del resto y las otras dos menores. Con los 11 ecotipos restantes se pueden establecer dos grupos en los cuales los valores de la frecuencia de quiasmas de las poblaciones no difieren significativamente. Además, se ha observado que la variación de la frecuencia de quiasmas entre los distintos ecotipos estudiados no se produce sólo a nivel celular sino también a nivel cromosómico. La frecuencia de quiasmas se ha estudiado también en la línea mutante MP12 de Arabidopsis en la que dicha frecuencia se encuentra ligeramente reducida respecto a las plantas silvestres. La dimisminución de la frecuencia de quiasmas global se debe fundamentalmente a una reducción en la frecuencia de quiasmas del bivalente 3 y, en menor medida, del par 1. El hecho de que la frecuencia de quiasmas muestre una variación fenotípica continua en los ecotipos analizados, junto a la ligera reducción del valor de este parámetro en el mutante MP12, indica que la formación de quiasmas es un carácter controlado por un sistema multigénico o de tipo cuantitativo. Además, la variación de la frecuencia de quiasmas a nivel cromosómico detectada en las poblaciones naturales y el hecho de que la disminución en el valor de dicho parámetro en la línea MP12 se deba a bivalentes concretos sugieren la existencia de uncontrol de la formación de los quiasmas no solo a nivel celular sino también a nivel específico de cromosoma. El tercer estudio incluido en este trabajo ha consistido en el aislamiento y la caracterización de mutantes melóticos con el objeto de identificar nuevos genes implicados en la melosis. En concreto, se ha caracterizado, tanto desde el punto de vista citológico como desde el punto de vista molecular, la línea MP128-2 transformada con T-DNA. En las CMPs de estas plantas se produce una segregación cromosómica aberrante durante anafase I como consecuencia de la formación de un huso no-polarizado y debido a este fenotipo melótico se ha denominado a este mutante, structural spindle disruption 1 (ssd1). El fenotipo melótico anómalo del mutante ssd1 parece deberse a la delección de gran parte de la región 3UTR del gen MAA21.110. Este gen codifica la única quinesina de la familia KHC descrita en Arabidopsis, la cual parece estar implicada específicamente en la correcta formación del huso melótico en la melosis masculina.