Aislamiento y caracterización funcional de Excessive Number of Floral Organs (ENO), un nuevo regulador de la actividad del meristemo floral y el tamaño del fruto de tomate

• Autores: Antonia Fernandez Lozano
• Directores de la Tesis: Rafael Lozano Ruiz (dir. tes.), Fernando Juan Yuste Lisbona (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2019
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Vicente Moreno (presid.), Trinidad Angosto (secret.), Crisanto Gutiérrez Armenta (voc.), Soraya Pelaz Herrero (voc.), Manuel Piñeiro Galvin (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biotecnología y Bioprocesos Industriales Aplicados a la Agroalimentación y Medioambiente por la Universidad de Almería
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• Resumen

  • La regulación de la actividad meristemática constituye un proceso biológico esencial que establece el destino celular y el desarrollo de los diferentes órganos de una planta. Además, el desarrollo de los meristemos reproductivos determina caracteres como el número de flores por inflorescencia y de órganos florales, o el tamaño y la forma del fruto, cuyo estudio en el caso de especies hortícolas como el tomate (Solanum lycopersicum L.) es de notable relevancia agronómica. La homeostasis meristemática está regulada de manera precisa a través de un mecanismo de retroalimentación negativo en el que juegan un papel fundamental el factor de transcripción WUSCHEL (WUS), necesario para mantener indiferenciadas las células del meristemo, junto con la vía de señalización extracelular formada por los genes CLAVATA (CLV1, CLV2 y CLV3). Así, WUS induce la expresión del péptido señal CLV3, el cual es reconocido por los receptores de membrana CLV1 y CLV2, activando una cascada de señalización que inhibe la propia expresión de WUS. De este modo, la ruta CLV-WUS establece un equilibrio dinámico entre células que se mantienen indiferenciadas y otras que adquieren identidad de primordio de los distintos órganos de la planta.

    En tomate, estudios recientes demuestran que dos mutaciones en la ruta meristemática CLV-WUS, locule number (lc) y fasciated (fas), son las principales responsables del aumento del tamaño del fruto que tuvo lugar durante el proceso de domesticación y mejora de esta especie. La mutación lc afecta a una región reguladora del gen ortólogo a WUS, mientras que fas se localiza en el promotor del ortólogo a CLV3. Ambas mutaciones actúan de forma sinérgica aumentando el tamaño del meristemo floral, lo que da lugar a un incremento en el número de carpelos en la flor y con ello, al desarrollo de frutos pluriloculares de gran tamaño. Con el fin de profundizar en el mecanismo genético y molecular que regula el tamaño y la determinación del meristemo floral en tomate, como proceso determinante del tamaño y la forma del fruto de esta hortícola, en la presente Tesis Doctoral se ha llevado a cabo el análisis genético y la caracterización molecular y funcional de un nuevo mutante de tomate denominado excessive number of floral organs (eno). Las plantas homocigóticas recesivas para la mutación eno muestran un incremento en el tamaño del meristemo floral una vez se han iniciado los primordios de pétalos; ello se traduce en la diferenciación de un mayor número de órganos en los tres verticilos más internos de la flor (pétalos, estambres y carpelos), así como en la producción de frutos de gran tamaño, multiloculados y de forma acostillada. La generación y caracterización de líneas con distintas combinaciones alélicas de los loci ENO, FAS (SlCLV3) y LC (SlWUS) nos ha permitido demostrar la existencia de un efecto sinérgico entre las tres mutaciones, observando en el triple mutante eno:fas:lc un aumento dramático del tamaño del meristemo floral y del número de órganos florales en cada verticilo, que conduce a la formación de frutos con malformaciones severas en la forma, tamaño y determinación.

    Utilizando técnicas de cartografía genética y secuenciación masiva (mapping by sequencing), hemos logrado aislar el gen ENO, que codifica un factor de transcripción de la familia APETALA2/Ethylene-Responsive Factor (AP2/ERF). La caracterización funcional y molecular del gen ENO demuestra que éste actúa específicamente en el meristemo floral reprimiendo a SlWUS y que, además, ambos loci interaccionan formando un complejo proteico de factores de transcripción. El conjunto de resultados obtenidos pone de manifiesto el papel de ENO en la regulación espacial y temporal de la actividad meristemática durante la determinación del meristemo floral, actuando en una vía independiente y temporalmente posterior a la ruta SlCLV-SlWUS.

    Asimismo, el estudio de la historia evolutiva de los loci ENO, FAS y LC revela que en S. pimpinellifolium, ancestro silvestre inmediato del tomate cultivado, existe un haplotipo del gen ENO asociado al incremento del número de lóculos en el fruto, y que es portador de una deleción en su promotor. Dicho haplotipo fue seleccionado durante el proceso de domesticación, estableciendo así el fondo genético propicio para aumentar el tamaño de fruto en los cultivares actuales a través de las mutaciones lc y fas, estas últimas seleccionadas durante el proceso de mejora genética del tomate.