Caracterización genética de poblaciones locales de jopo de girasol con mayor virulencia y de nuevas fuentes de resistencia genética en girasol
- Autores: Belén Fernández Melero
- Directores de la Tesis: Leonardo Velasco Varo (dir. tes.), Begoña Pérez-Vich (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Mónica Venegas Calerón (presid.), Patricia Regina Castro Lopez (secret.), Ana María Duca (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Agraria, Alimentaria, Forestal y del Desarrollo Rural Sostenible por la Universidad de Córdoba y la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. Introducción o motivación de la tesis: El girasol (Helianthus annuus L.) es uno de los cultivos más importantes para la producción de aceite vegetal alrededor del mundo, la cual se ve afectada por diversos factores bióticos y abióticos que reducen su rendimiento. En concreto, Orobanche cumana, comúnmente conocido como jopo del girasol, es una mala hierba holoparásita que crece exclusivamente sobre cultivos de girasol, de los que obtiene el agua y los nutrientes que necesita para sobrevivir (Beck-Mannagetta, 1930). Se adhiere al girasol a través de las raíces, y parte de su ciclo vital tiene lugar bajo tierra, lo que dificulta su detección precoz (Delavault, 2015) . La mejora genética para la resistencia a O. cumana ha demostrado ser el método más eficaz para controlar esta planta parásita, entre otras estrategias como biológicas, químicas o agronómicas (Velasco et al., 2016). La interacción girasol - O. cumana sigue generalmente un modelo de gen por gen en el que un gen de resistencia dominante en el huésped interactúa con un gen de avirulencia dominante en la planta parásita (Pérez-Vich et al., 2013). Esta resistencia vertical ha dado lugar a la aparición de razas fisiológicas de O. cumana (denominadas de la A a la H), con niveles crecientes de virulencia. Se han identificado varios genes de resistencia para controlar las distintas razas de jopo de girasol (por ejemplo, Or1 confiere resistencia a la raza A, Or2 confiere resistencia a la raza B, etc.). Sin embargo, la gran capacidad del parásito para superar los mecanismos de resistencia en el hospedador exige una búsqueda constante de nuevas fuentes de resistencia en el girasol y estudios novedosos para comprender los mecanismos genéticos que subyacen a la evolución de la raza en el parásito.
2.Contenido de la investigación: Uno de los objetivos de esta tesis ha sido la caracterización de una nueva fuente de resistencia al jopo de girasol procedente de la especie silvestre Helianthus anomalus. La línea de girasol ANOM1 se desarrolló a partir de un cruce entre una accesión resistente a la raza G de la especie silvestre H. anomalus y una línea susceptible de girasol cultivado. En esta tesis se ha estudiado su mecanismo de resistencia, que se produce tras la formación de haustorios e implica la acumulación de compuestos fenólicos. El correspondiente gen de resistencia OrAnom1, que determina la reacción de resistencia dominante, se ha mapeado dentro de un intervalo de 1,2 cM correspondiente a una ventana de 1,32 Mbp en la mitad superior del cromosoma 4 del genoma de referencia del girasol (HanXRQ2.0). También se ha secuenciado el genoma de una accesión de H. anomalus silvestre y se ha detectado un reordenamiento cromosómico, que ha posicionado a OrAnom1 en una región de 1,27 Mbp en el cromosoma 7 de este genoma. Se ha propuesto un gen quinasa de tipo receptor como el mejor candidato para la resistencia.
Se ha realizado un estudio más profundo de un gen de resistencia de la línea DEB2, obtenida anteriormente (Velasco et al, 2012). OrDeb2 fue mapeado anteriormente en un 1,38 Mbp en el cromosoma 4 del genoma de H. annuus HanXRQ (Fernández-Aparicio et al., 2022). En este trabajo, hemos mapeado OrDeb2 en una región de 219,4 Kbp del cromosoma 4 del genoma de la línea DEB2, HanDeb2, la cual se ha secuenciado y anotado. En esta región existían cinco genes de los que se ha clonado y secuenciado un gene que codifica para una quinasa de tipo receptor, el mejor candidato para OrDeb2. Este gen codifica una proteína quinasa-pseudoquinasa en tándem, con expresión constitutiva. El análisis de esta región en otros genomas de girasol susceptibles mostró que los marcadores y el orden de los genes estaban muy conservados entre los distintos genomas. Curiosamente, todos los genomas contenían una proteína quinasa muy similar, pero sólo en OrDeb2 se encontraron unos residuos de aminoácidos únicos. La clonación de este nuevo gen de resistencia representa un gran avance en la comprensión de la interacción entre el girasol y la planta parásita Orobanche cumana.
O. cumana produce elevadas pérdidas de rendimiento en muchas zonas productoras de girasol, desde el sureste de Europa hasta Asia central y recientemente en el norte de África (Cvejic et al., 2020). En España, tradicionalmente han estado presentes dos pools genéticos de jopo de girasol geográfica y genéticamente separados, uno en la provincia de Cuenca, en el centro de España, y otro en el Valle del Guadalquivir, en el sur de España, ambos inicialmente con una diversidad genética inter e intra poblacional extremadamente baja debido a un efecto fundador (Pineda-Martos et al., 2013). Estudios recientes han demostrado la existencia de una nueva raza G en el pool del Valle del Guadalquivir, denominada GGV, formada por la recombinación genética entre plantas de ambos pools genéticos (Martín-Sanz et al., 2016). Sin embargo, la estructura genética y la virulencia de las poblaciones del pool genético de Cuenca han permanecido inexploradas en los últimos diez años. Esta tesis se ha centrado en el estudio de un conjunto de poblaciones de jopo recogidas en Cuenca. Nuestros resultados han revelado una introducción a gran escala de poblaciones procedentes del Valle del Guadalquivir y ha demostrado la existencia de hibridación entre individuos de ambos pools genéticos, uno de los principales mecanismos que impulsan la evolución de la raza. Como resultado, se ha identificado una raza G similar en virulencia y diversidad genética a la raza GGV del Valle del Guadalquivir. Aunque no hay pruebas suficientes para afirmar si la raza se ha desarrollado localmente, se ha importado del Valle del Guadalquivir, o ambas cosas, la hemos denominado provisionalmente GCU. Las poblaciones de la raza GCU parasitan germoplasma de girasol portador del gen Or7, pero son avirulentas en germoplasma portador del gen de resistencia OrDeb2. Además, hemos identificado una nueva raza con una virulencia inusual que parasita la línea DEB2, resistente a todas las poblaciones de raza G de Europa oriental y occidental evaluadas hasta ahora, pero que es avirulenta en híbridos portadores del gen de resistencia Or7. Notablemente, este patrón de virulencia es justo el opuesto al mostrado por las poblaciones GCU. Hemos llamado a esta nueva raza F+CU, ya que la nomenclatura `raza-G se utiliza en la literatura para denotar poblaciones que superan la resistencia Or7. Se descartó la recombinación de genes de avirulencia como causa de la nueva virulencia en las poblaciones F+CU, ya que no mostraban introgresión desde un pool genético externo. En su lugar, se ha propuesto una mutación puntual como causa putativa de la nueva virulencia.
3.Conclusión: En resumen, esta tesis ha contribuido al conocimiento de los mecanismos de resistencia y de los genes de resistencia que controlan esta dañina planta parásita, y a la caracterización de los mecanismos genéticos que impulsan la evolución de la raza en el parásito. Nuestros estudios sobre los genes candidatos para OrAnom1 y OrDeb2 han revelado la relevancia de los genes quinasa de tipo receptor para la resistencia del girasol al jopo. Nuestro estudio sobre la situación actual de las poblaciones de jopo de girasol en Cuenca ha mostrado una imagen actualizada de cómo están evolucionando las poblaciones, lo que será de gran relevancia para entender la evolución de las razas en otras áreas. Más relevante aún, nuestros resultados enfatizaron claramente la necesidad de afrontar los estudios de resistencia genética mediante un enfoque integrador que no sólo considere los genes de resistencia, sino también los genes de avirulencia y sus interacciones moleculares. Sólo con tales enfoques integradores será posible desarrollar estrategias sostenibles para la mejora de la resistencia.
4. Bibliografía: Beck-Mannagetta, G. (1930). Orobanchaceae. In A. Engler (Ed.), Das Pflanzenreich: Vol. IV (pp. 1¿348).
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