Estudio de la funcion del gen StCONSTANS en procesos reproductivos en patata

Tesis

Resumen *

   Muchos procesos fisiólogicos vegetales se ven influenciados por el fotoperíodo (la duración relativa del día y la noche), entre ellos la floración y la formación de tubérculos, dos formas de reproducción. El fotoperíodo se percibe en las hojas y da lugar a una señal que se transmite bien al meristemo apical del brote, donde tiene lugar la floración, o bien al estolón, donde se forman los tubérculos. Uno de los genes más importantes que regulan el tiempo de floración en Arabidopsis thaliana es CONSTANS (CO). Este pertenece a una gran familia génica y tiene una importancia primordial en la ruta fotoperiódica. Este gen codifica una proteína que participa en la activación de la transcripción del gen FLOWERING LOCUS T (FT) específicamente en el sistema vascular, acelerando la floración en día largo. Estas funciones parecen haberse conservado durante la evolución ya que se conocen homólogos de CO y de FT en otras especies vegetales que también participan en procesos reproductivos. Recientemente se ha descubierto que el ARN mensajero de FT se mueve por el floema desde las hojas hacia el ápice del tallo, donde activa la floración. En el año 2002, el grupo de la Dra Prat mostró que plantas de patata (Solanum tuberosum) que expresan CO de Arabidopsis (pACO) injertadas sobre patrones de tipo silvestre, tienen un retraso considerable en la tuberización en día corto. Esto sugiere la existencia de un posible homólogo de CO en patata y, además, que éste podría modular la expresión de ARNs mensajeros que actuarían como señales moleculares inductoras o represoras de procesos reproductivos en patata.    La tesis consistirá en tres capítulos principales:   1-Estudio detallado de plantas pACO, que extiende el análisis previamente descrito por el grupo de la Dra Prat. Hemos visto que CO afecta a la floración en patata y al rendimiento de tubérculos. Además hemos encontrado evidencias de que CO podría estar implicado en otros procesos de desarrollo mediados por hormonas. Esto sugiere la existencia de un posible homólogo de CO en patata involucrado en la regulación del desarrollo.   2-Caracterización de StCONSTANS, un gen de Solanum tuberosum ssp. andigena homólogo a CONSTANS, y su efecto sobre la regulación en procesos reproductivos. Previamente al inicio de este trabajo de tesis, en nuestro laboratorio en colaboración con el grupo de S. Prat, se clonó la región codificante de un gen perteneciente a la familia de CONSTANS, StCONSTANS (StCO) a partir de una genoteca de ADNc de hojas de Solanum tuberosum ssp. andigena. Su secuencia de aminoácidos presenta un alto grado de homología con CONSTANS (CO) de Arabidopsis thaliana (55% de similitud y 47% de identidad), lo cual se hace más evidente en las zonas conservadas entre las proteínas de la familia de CO. Por otra parte, se conocen algunos ortólogos de CO que realizan la misma función en otras especies, lo que sugiere que la función de estas proteínas se ha conservado durante la evolución. Hemos analizado la expresión de StCO en diferentes tejidos y condiciones fotoperiódicas (en día corto, día largo y en luz contínua) a través del tiempo. Se compararon los resultados con las expresiones previamente descritas para CO de Arabidopsis. Hemos analizado si StCO tiene una función similar a CO en patata mediante distintas aproximaciones: -Sobreexpresión constitutiva e inactivación por ARN interferente de StCO en plantas de patata (35S::StCO y StCO-ARNi respectivamente). Efectos en floración y tuberización. -Expresión constitutiva de StCO en plantas de Arabidopsis de tipo silvestre y mutantes co y su efecto en floración. -Análisis de expresión de genes implicados en la tuberización, en plantas transgénicas de patata que sobreexpresan o inactivan StCO. Además, hemos visto que los fenotipos de tuberización observados en plantas transgénicas de patata 35S::StCO y StCO-ARNi son transmisibles por injertos Los resultados sugieren que StCO es el ortólogo de CO en patata, cumple un papel importante en la floración, y que actúa como represor de la tuberización.   3-Puesta a punto de un sistema para la búsqueda de señales móviles represoras o inductoras de tuberización en patata.    Los resultados de los injertos sugieren que las plantas 35S::StCO y StCO-ARNi modulan la expresión de señales que viajan a través del sistema vascular y que retrasan o adelantan la tuberización en determinadas condiciones fotoperiódicas. Esto nos permite establecer un sistema para la búsqueda de señales móviles que regulen la tuberización. Estas señales pueden identificarse comparando muestras de tallo de tipo silvestre stallone, correspondientes a los patrones (parte inferior) de injertos mixtos (35S::StCO/silvestre y StCO-ARNi/silvestre) e injertos silvestre/silvestre. Por consiguiente, esta ultima parte de la tesis consiste en la optimización de las técnicas necesarias para la búsqueda de estas señales móviles: -Preparación de las muestras de tallo para conseguir cortes ultrafinos de tejido. -Aislamiento de células de floema por la técnica de microdisección por láser, a partir de cortes ultrafinos. -Purificación de ARN a partir de las células aisladas de floema. Estas muestras de ARN se utilizarán, en el futuro, para hibridar con microarrays de S. tuberosum e identificar potenciales inductores o represores móviles de la tuberización.   En conclusión, este trabajo de tesis muestra la importancia del gen StCONSTANS sobre la floración y la tuberización en patata y genera una poderosa herramienta para la búsqueda de señales móviles a larga distancia que estén involucradas en dichos procesos reproductivos. Información suministrada por el agente en SIGEVA