Differential responses of historical cereal lines to water stress: phenotype and gene expression = Respuesta diferencial de líneas históricas de cereales frente al estrés hídrico: fenotipo y expresión genómica

• Autores: Susan Mer Medina Canzio
• Directores de la Tesis: José Luis Araus Ortega (dir. tes.), Vincent Vadez (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Salvatore Ccecarelli (presid.), Iker Aranjuelo Michelena (secret.), Marta Loopes da Silva Sabino (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología vegetal (botánica)
      • Fisiología vegetal
  • Ciencias agrarias
    • Agronomía
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  Dipòsit Digital de la UB  TDX 
• Resumen

  • Los futuros cambios climáticos ocasionarán una subida de las temperaturas y déficit en la disponibilidad de agua para la agricultura así como mayor concentración de CO2 en la atmósfera, donde el estatus hídrico y el flujo de agua a través de la planta juegan un papel importante. Esta tesis aborda la respuesta diferencial a nivel de fenotipo y expresión genómica de dos cereales (mijo y trigo) frente al estrés hídrico, aclimatación a altas concentraciones de CO2.y su eficiencia transpirativa. Se estudiaron una colección de trigo duro semi enano post-revolución verde y una colección de híbridos F1 y parentales de mijo adaptados en zonas de alto y bajo nivel de lluvias.. Se evaluaron parámetros de rendimiento y biomasa, respuesta transpirativa, estado hídrico, conductividad hidráulica y la composición isotópica del carbono; así como la expresión a nivel de transcritos de genes asociados con la respuesta a estrés, al metabolismo primario (C y N), y las aquaporinas. En todos los casos hubo variación genotípica y la respuesta a las altas concentraciones de CO2 no compensó las pérdidas ocasionadas por el estrés hídrico. Los ensayos de respuesta transpiratoria a la alta VPD revelaron dos categorías de genotipos: genotipos que restringen la perdida de agua (mejorados en zonas de alto nivel de lluvia) y genotipos que no la restringen o no son sensibles al aumento de temperatura (mejorados en zonas de bajo nivel de lluvia). El crecimiento de estos dos ideotipos se evaluó a nivel de invernadero, hidropónico, en plataformas de crecimiento y a nivel de campo con dos regímenes hídricos, donde los genotipos no restrictivos desarrollaron mayor biomasa aérea, raíces y produjeron mayor rendimiento que los restrictivos óptimas condiciones agronómicas; éstos últimos tuvieron un rendimiento superior solo en condiciones de estrés hídrico. A nivel de transcritos los genes DREB regularon la expresión de los genes de enzimas relacionadas con el metabolismo de C y N, dehidrinas y acuaporinas; los genotipos no restrictivos sobre expresaron el gen DREB1 que reguló positivamente la expresión de Rubisco, GS1, DNH16 y TIP 1.1 involucrando una mejor re-movilización del N por la demanda de la Rubisco, la sobrexpresión de acuaporinas activas y dehidrinas concordó con su mejor estado hídrico para producir mayor rendimiento. Los genotipos restrictivos fueron regulados por el gen DREB 2 y DREB1 que dirigieron la sobreexpresión de GS2 y Rubisco indicando una fijación de N. Por otro lado los genotipos mejorados en zonas de bajo nivel de lluvias incrementaron la transpiración junto a una baja conductividad hidráulica, presentaron mayor número de tubos de xilema, células endodérmicas más delgadas e incrementar los transcritos de la acuaporina PIP 2;3 en la raíz; los genotipos mejorados en zonas de alta incidencia de lluvias mostraron un perfil totalmente opuesto. En conclusión, la variabilidad genética puede afectar la respuesta adaptativa al estrés hídrico y a la aclimatación a altas concentraciones de CO2. La estrategia de restringir la transpiración es exitosa solo cuando se limita la disponibilidad de agua, mientras al mantener el estoma abierto y no restringir la pérdida de agua hay una mayor tasa de asimilación fotosintética y mejor balance osmótico para producir mayor rendimiento en ambientes más húmedos. El flujo de agua es importante para el tránsito de nutrientes, es regulado por la conductividad hidráulica y es regulado finamente por las acuaporinas que incrementan el flujo de agua en la planta