Caracterización fenotípica, fisiológica y molecular de la respuesta a salinidad y sequía en tomate cultivado (Solanum Lycopersicum) y silvestre (S. pennellii)

Resumen

Un objetivo prioritario en biología vegetal es el desarrollo de variedades de interés agronómico, como tomate (Solanum lycopersicum L.), mejor adaptadas a estreses abióticos, entre ellos la sequía y la salinidad. Dos estrategias interesantes para abordar este objetivo son el estudio de especies silvestres relacionadas con el tomate cultivado, ya que poseen un alto grado de tolerancia a estreses abióticos, y el análisis de mutantes afectados en genes clave implicados en los mecanismos de tolerancia. En esta tesis doctoral se ha combinado el análisis fenotípico, fisiológico y molecular para la caracterización de tomate cultivado, la especie silvestre Solanum pennellii, y dos mutantes de ambas especies. En el primer capítulo de la tesis, se ha llevado a cabo un estudio comparativo entre tomate cultivado y S. pennellii en condiciones de sequía y salinidad. La tolerancia a sequía de S. pennellii está relacionada con la inducción de genes implicados en el metabolismo del nitrógeno, la homeostasis redox y el metabolismo/señalización de jasmonato y etileno. También se ha demostrado que el control de la pérdida de agua a través de las hojas es un mecanismo clave de la tolerancia de S. pennellii tanto a sequía como a salinidad. Para minimizar la pérdida de agua, las hojas de la especie silvestre poseen distintas características anatómicas, que incluyen la reducción de la densidad estomática y el engrosamiento de la pared celular. Además, el mantenimiento de un elevado contenido de agua en las hojas de S. pennellii está relacionado con la regulación de genes que codifican acuaporinas. En cuanto a los mecanismos que determinan la tolerancia de S. pennellii al estrés salino, nuestro estudio ha revelado que la acción coordinada de los genes SOS1 y HKT1;2 determinan el elevado transporte de Na+ hasta las hojas de la especie silvestre, donde es almacenado de forma eficiente en sus grandes vacuolas, favorecido por una mayor expresión de NHX3 y NHX4. Finalmente, en el primer capítulo de la tesis se ha avanzado en la caracterización del mutante pennellii salt hypersensitive (psh). Nuestros resultados sugieren que la acumulación masiva de agua y Na+ observada en la parte aérea del mutante se debe, por una parte, al co-transporte de ambos solutos mediado por acuaporinas, como PIP2;1 y, por otra, a la alteración de la expresión de HKT1;2, que también favorece la acumulación de Na+ en la parte aérea del mutante. En el segundo capítulo de la tesis, se ha analizado en primer lugar el transcriptoma del mutante de tomate res (restored cell structure by salinity) con el objetivo de indagar las bases moleculares de las alteraciones fenotípicas observadas en el mutante y su normalización en estrés salino. El elevado número de genes alterados constitutivamente, especialmente en raíz, indica que la inhibición del desarrollo del mutante res cuando las plantas se cultivan sin estrés es una consecuencia del desequilibrio del balance desarrollo-estrés. Además, se han identificado genes que podrían ser determinantes de la tolerancia del tomate a la salinidad, incluidos genes relacionados con la eficiencia de la fotosíntesis, homeostasis de proteínas y factores de transcripción. Posteriormente, se ha determinado que el fenotipo del mutante res está provocado por una mutación en el gen SlDEAD39, que codifica para un miembro de la familia de proteínas DEAD-box RNA helicasas. Además, nuestros análisis han revelado que SlDEAD39 está implicada en la maduración del rRNA 23S del ribosoma del cloroplasto, función que está alterada en el mutante res pero que se recupera parcialmente en salinidad. Finalmente, se ha discutido un posible mecanismo molecular para explicar la recuperación del procesamiento normal del rRNA 23S en el mutante durante el estrés salino.