Breeding program for studying mitonuclear interactions leading to hybrid breakdown in Pleurotus ostreatus

• Autores: Edurne Garde Sagardoy
• Directores de la Tesis: Lucía Ramírez Nasto (dir. tes.), Antonio Gerardo Pisabarro de Lucas (codir. tes.), Gumer Pérez (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Pública de Navarra ( España ) en 2026
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 216
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biotecnología por la Universidad Pública de Navarra
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Academica-e
• Resumen
  • español

    En eucariotas, las interacciones entre los genomas nuclear y mitocondrial (interacciones mitonucleares) desempeñan un papel importante en la evolución, eficacia biológica y viabilidad de los híbridos. Si bien este aspecto ha sido ampliamente estudiado en animales y plantas, la importancia del mismo en hongos como Pleurotus ostreatus (P. ostreatus) ha sido poco explorado. Se ha demostrado en la cepa dN001 (n), que el subcultivo prolongado conduce a la degeneración varietal, normalmente asociada a la incompatibilidad entre el genoma nuclear y el mitocondrial, que genera estrés oxidativo y reducción en su crecimiento. En este trabajo se muestra cómo las incompatibilidades mitonucleares desencadenan la degeneración de las cepas e influyen negativamente en diferentes caracteres de importancia agronómica de P. ostreatus. A estos resultados se llegó después de construir a partir de la cepa comercial híbrida dN001 (n) un programa de mejora divergente destinado a la obtención líneas parentales de crecimiento rápido y lento, que se cruzaron posteriormente con el tester mT1 (t) para producir híbridos con los mismos núcleos, pero diferentes contextos mitocondriales. Esta estrategia permitió investigar la base molecular de las interacciones mitonucleares en P. ostreatus. Las cepas estudiadas se evaluaron a diferentes temperaturas y fuentes de carbono, observándose que sus comportamientos dependían de las variables ambientales estudiadas y de la relación de éstas con los genomas nuclear y mitocondrial. Los experimentos de RT-qPCR realizados en las mismas y dirigidos a componentes de la cadena de transporte de electrones mitocondrial (ETC), enzimas antioxidantes y genes relacionados con la homeostasis del hierro revelaron que la expresión génica en dichas líneas dependía del tipo mitocondrial y de los respectivos genomas nucleares, como se ha visto en la cepa d(NS423 × T1, t), en la que el genoma mitocondrial de tipo (t) era responsable del comportamiento excepcional de la misma observado especialmente para aquellos caracteres de importancia agronómica. En resumen, los resultados de este trabajo demuestran el papel crítico que juegan las interacciones mitonucleares en caracteres de crecimiento y producción de setas comerciales. Asimismo, se sugiere que para evitar la degeneración varietal del híbrido sería conveniente mantener las dos cepas parentales en cultivo independiente y construir el híbrido justo antes de su utilización.

  • English

    Mitonuclear interactions play a fundamental role in eukaryotic evolution, fitness, and hybrid viability. Despite extensive studies in animals and plants, their impact on fungi such as Pleurotus ostreatus (P. ostreatus) remains underexplored. In the dN001 (n) strain, long-term subculturing was shown to lead to degeneration, which was associated with mitonuclear incompatibilities, oxidative stress, and reduced growth. This work demonstrates how mitonuclear incompatibilities trigger strain degeneration and influence phenotypic and agronomic performance traits in P. ostreatus. These findings were supported by a divergent breeding programme derived from the commercial hybrid strain dN001 (n), which enabled the generation of fast- and slow-growing parental lines. These were then crossed with the mT1 (t) tester line to produce hybrid strains with identical nuclei, but different mitochondrial types, thereby allowing the molecular basis of mitonuclear interactions in P. ostreatus to be investigated. Strains were evaluated under different temperatures and carbon source conditions, highlighting the importance of mitonuclear–environment interactions in determining performance. RT-qPCR experiments targeting mitochondrial electron transport chain (ETC) components, antioxidant enzymes, and iron homeostasis-related genes revealed that gene expression was closely linked to mitochondrial type and nuclear compatibility. In particular, the (t) mitochondrial type was responsible for the exceptional performance of the d(NS423 × T1, t) strain, which exhibited the highest commercial performance among all strains studied. Overall, the results of this thesis demonstrate the critical role of mitonuclear interactions in growth rate and mushroom production traits. They also suggest that maintaining the two F₁ parental strains of commercial P. ostreatus hybrids in long-term storage, followed by remaking the hybrid shortly before use, may help to preserve strain performance and prevent degeneration.