Inducción de la embriogénesis de la microspora en trigo panadero: aplicación de modificadores epigenéticos y caracterización de los mecanismos asociados
En la embriogénesis de la microspora (EM), las células precursoras de los granos de polen (las microsporas) son capaces de cambiar su patrón de desarrollo normal para dar lugar a un embrión y finalmente a plantas haploides/doblehaploides, tras la aplicación de un tratamiento de estrés. En los último...
| Autores: | , , |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Zaragoza |
| Repositorio: | Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza |
| OAI Identifier: | oai:zaguan.unizar.es:133179 |
| Acceso en línea: | http://zaguan.unizar.es/record/133179 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | biología molecular de plantas genética molecular de plantas cultivo de tejidos |
| Sumario: | En la embriogénesis de la microspora (EM), las células precursoras de los granos de polen (las microsporas) son capaces de cambiar su patrón de desarrollo normal para dar lugar a un embrión y finalmente a plantas haploides/doblehaploides, tras la aplicación de un tratamiento de estrés. En los últimos años, se ha descrito el papel que juegan los mecanismos epigenéticos en la EM. El objetivo principal de este trabajo ha sido mejorar la eficiencia de la EM en trigo panadero mediante la utilización de modificadores epigenéticos, como el TSA, y caracterizar los mecanismos celulares y moleculares implicados en la inducción de la EM.<br />El efecto del inhibidor de histona deacetilasas tricostatina A (TSA) se ha evaluado usando diferentes estrategias de aplicación en los cultivares Pavon y Caramba, con alta y media-baja respuesta a la EM, respectivamente. El mayor efecto de la TSA en la eficiencia de la EM se observó cuando se aplicó a una concentración de 0,4 µM simultáneamente con un tratamiento de manitol 0,7 M durante 5 días. Además, los estudios ultraestructurales indicaron que los tratamientos con manitol (MAN) y manitol con TSA (TSA) indujeron cambios morfológicos similares, aunque el TSA aumentaba el número de microsporas con morfología "star-like" y divisiones simétricas. <br />Para comprender mejor los mecanismos epigenéticos que subyacen a la eficiencia de la EM, se estudió la dinámica de las marcas H3K9ac, H4K5ac, H4K16ac, H3K9me2 y H3K27me3, y la expresión de genes asociados con modificaciones post-traduccionales de histonas y con la inducción de la EM. Las microsporas del cultivar de alta respuesta estaban en un estado de desarrollo menos avanzado hacia polen según su estado epigenético antes de la inducción. Los tratamientos con MAN y con TSA causaron una hiperacetilación de la variante H3.2, con un mayor efecto de la TSA. Estos tratamientos afectaron de forma diferente a las marcas epigenéticas, destacando el efecto de la TSA sobre/en cambios en la dinámica de la marca H4K5ac. Asimismo, se identificaron tres redes génicas asociadas con la inducción de la EM. En la primera red, destacó la disminución de la expresión de genes relacionados con el desarrollo del polen. La segunda red se caracterizó por un aumento de la expresión a los 3 días de tratamiento de genes relacionados con cambios morfológicos mediados por las auxinas y remodelación de la pared celular. La última red estaba formada por los genes que intervienen en las rutas de señalización hormonal mediadas por ABA y etileno, la metilación del ADN y procesos de autofagia, mostrando los mayores niveles de expresión a los 5 días de tratamiento.<br />Después de esta primera aproximación a los cambios en la expresión génica durante la inducción de la EM, se realizó un análisis transcriptómico para conocer con más profundidad cómo las microsporas responden al estrés y cambian su patrón de desarrollo, así como para identificar los procesos clave implicados en el aumento de la eficiencia EM por efecto de la TSA. Los resultados indicaron que en la EM se producen cambios transcriptómicos muy amplios asociados al estado de desarrollo de la microspora y al tratamiento de estrés. Sin embargo, los cambios debidos al efecto del TSA fueron menores. El análisis de la expresión diferencial entre las microsporas uninucleadas antes de la inducción y las que siguen un desarrollo gametofítico demostró que hay una coexistencia del desarrollo gametofítico y la respuesta a estrés durante la inducción, que desaparece cuando se inicia el desarrollo embriogénico. Durante el tratamiento con MAN se produjo una gran reorganización del transcriptoma, en particular como consecuencia de la aplicación del tratamiento de estrés durante 3 días. En esta reorganización estarían implicados procesos relacionados con el desarrollo post-meiótico o gametofítico de la microspora, la reorganización celular global y la diferenciación, la respuesta a estrés, la organización de la cromatina, el inicio de la replicación y el control de la transcripción con MAN. Los cambios en la dinámica de los genes expresados diferencialmente identificados por la acción de la TSA están relacionados con una mayor activación de la respuesta a estrés y un retraso en el inicio del patrón de desarrollo embriogénico. <br />Aunque la aplicación de la TSA fue eficaz para aumentar la EM, todavía hay un margen muy amplio de mejora, especialmente en los cultivares recalcitrantes. Por eso, se han de ensayar otros compuestos que pudieran ser más efectivos. Los inhibidores de la metilación de histonas, chaetocina y el inhibidor CARM1, y los inhibidores de la fosforilación de histonas, hesperadina y el inhibidor II de la Aurora quinasa, aplicados en combinación con 0,7 M manitol líquido durante 24 horas, fueron capaces de modificar el patrón de desarrollo de las microsporas hacia una ruta embriogénica. La eficiencia del proceso dependió del compuesto y del cultivar. El inhibidor II de la Aurora quinasa resultó ser el mejor candidato para mejorar la eficiencia de la EM en trigo. Cuando se evaluó el potencial de este inhibidor en la producción de plantas doblehaploides, se observó que era capaz de aumentar el porcentaje de duplicación cromosómica en comparación con el control de DMSO.<br />En este trabajo, se ha identificado una estrategia de aplicación de la TSA que aumentaba la eficiencia de la producción de plantas doblehaploides en trigo panadero. El análisis de los mecanismos celulares y moleculares asociados a la EM, nos ha permitido contestar a cuestiones fundamentales para la inducción de la EM, y ayudará a desarrollar nuevas estrategias de inducción que sean independientes del genotipo, y que puedan usarse de forma universal en diferentes especies.<br /> |
|---|