Mejora por resistencia a enfermedades y plagas en guisante
- Autores: Estefanía Carrillo Perdomo
- Directores de la Tesis: Sara Fondevilla Aparicio (dir. tes.), Diego Rubiales Olmedo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ana M. Maldonado Alconada (presid.), Maria Carlota Vaz Patto (secret.), Eleonora Barilli (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
RESUMEN DE LA TESIS DOCTORAL DE D./Dª ESTEFANÍA CARRILLO PERDOMO MEJORA POR RESISTENCIA A ENFERMEDADES Y PLAGAS EN GUISANTE El resumen de la tesis para la base de datos Teseo debe ser una presentación de la tesis y tener la extensión suficiente para que quede explicado el argumento de la tesis doctoral. El formato debe facilitar la lectura y comprensión del texto a los usuarios que accedan a Teseo, debiendo diferenciarse las siguientes partes de la tesis:
1. introducción o motivación de la tesis El guisante de consumo en seco (Pisum sativum) es la leguminosa grano más producida en Europa y la cuarta en el mundo. Sin embargo, al igual que ocurre en la mayoría de cultivos, su producción se ve limitada por diversas enfermedades y plagas entre las que la ascoquitosis (Didymella pinodes) y el pulgón verde del guisante (Acyrthosiphon pisum) son algunas de las más relevantes, por lo que son abordadas en esta tesis 2.contenido de la investigación La ascoquitosis causada por Didymella pinodes constituye una grave enfermedad para el cultivo del guisante. Actualmente, sólo se encuentra disponible resistencia incompleta a este patógeno, habiéndose identificado los mayores niveles de resistencia en especies silvestres de Pisum. Poco se conoce todavía acerca de los mecanismos de resistencia que actúan en el guisante en respuesta a esta importante enfermedad. Por esto, en el primer capítulo realizamos una caracterización histológica de los mecanismos implicados en la resistencia a D. pinodes en Pisum spp. Los resultados mostraron cómo la resistencia estuvo caracerizada por la reducción del éxito en el establecimiento de colonias y del tamaño de las lesiones asociados ambos a la presencia de muerte celular epidérmica y de proteínas unidas covalentemente en la pared de las células epidérmicas infectadas.
Se conoce que la resistencia a D. pinodes en guisante es un caracter poligénico. En trabajos previos una población RIL segregante para la resistencia a D. pinodes fue utilizada para elaborar un mapa genético que a su vez fue usado para la identificación de QTLs implicados en dicha resistencia. No obstante, la posición de los QTLs identificados previamente necesitaba ser definida con mayor presición con el objetivo de facilitar la identificación de los marcadores moleculares más próximos a los genes de resistencia. Es por esto que en el capítulo dos se llevó a cabo el estudio de la segregación de mecanismos celulares específicos de resistencia a D. pinodes en dicha población RIL, lo que junto a la inclusión de 117 marcadores SNP basados en genes en el mapa genético previo permitió la identificación de nuevos QTLs implicados en la resistencia a D. pinodes y confirmó la existencia de QTLs previamente identificados. Éste es el primer trabajo en el que se han identificado regiones genómicas responsables de controlar mecanismos celulares (muerte celular epidérmica y establecimiento de colonias) directamente implicados en la resistencia del guisante a la ascoquitosis. Además, la inclusión de los marcadores SNP ha permitido la identificación de genes candidatos colocalizados dentro de QTLs de resistencia a D. pinodes.
Acyrthosiphon pisum es considerado una de las plagas más dañinas para el cultivo del guisante, siendo responsable de significativas pérdidas de rendimiento en la agricultura. Para llevar a cabo un control más eficiente de A. pisum es necesario un mejor conocimento de la interacción planta-insecto y de los mecanismos asociados a la resistencia en guisante. En una evaluación preliminar se identificaron entradas de Pisum resistentes al ataque del pulgón a partir de las cuales se seleccionaron entradas de guisante con respuesta diferencial al ataque de A. pisum. Así, en el tercer capítulo utilizamos una electroforesis bi-dimensional acoplada a un análisis de espectrometría de masas en tándem con el objetivo de comparar el proteoma de la hoja de una entrada de Pisum sativum resistente y otra susceptible al ataque de A. pisum. Los resultados sugirieron el incremento de la mayoría de las rutas de metabolismo primario en la entrada susceptible, lo que podría relacionarse con el desarrollo favorable de A. pisum en la entrada susceptible. Por el contrario, en la entrada resistente la reducción de la fotosíntesis y de la biosíntesis de amino ácidos junto al incremento de moléculas de señalización de heridas, la sobre-regulación del ciclo antioxidante ascorbato-glutatión y la activación de la respuesta de hipersenescencia podrían haber sido útiles a la hora de contrarrestar el ataque del pulgón verde del guisante.
3.conclusión 1) La resistencia a D. pinodes en las entradas de Pisum spp. estudiadas se caracterizó por la reducción del éxito del establecimiento de colonias, un menor tamaño de lesiones y la mayor frecuencia de muerte celular epidérmica y de proteínas unidas covalentemente en la pared de las células epidérmicas infectadas.
2) La presencia de muerte celular epidérmica o proteínas unidas covalentemente a la pared pared de las células epidérmicas infectadas por D. pinodes estuvo asociada a la reducción del tamaño de la lesión. Sin embargo, estos mecanismos no fueron suficientes para evitar el establecimiento de colonias. Como excepción, en la entrada P670 la presencia de proteínas unidas covalentemente en la pared de las células epidérmicas infectadas puede haber sido uno de los factores responsables de la reducción del establecimiento de colonias observado.
3) El efecto de la acumulación de H2O2 y actividad peroxidasa en el establecimiento de colonias de D. pinodes y en el tamaño de la lesión dependió en función de la entrada estudiada. Así, la acumulación de H2O2 y actividad peroxidasa redujo el establecimeinto de colonias principalmente en las entradas P. sativum ssp. sativum (Radley y Messire) estudiadas, mientras que la reducción del tamaño de colonia asociada a este mecanismo fue sólo observado en las entradas P651 y P670.
4) El mapa genético del cruzamiento P665 x Messire fue enriquecido con 117 marcadores SNP anclados a genes. De ellos, once loci fueron mapeados por primera vez en un mapa genético. La adición de los marcadores SNP enriqueció el mapa en casi un 30% y lo conectó al último mapa concenso de guisante en aproximadamente un 36% de los marcadores totales.
5) La evaluación de los diferentes mecanismos de resistencia a D. pinodes en la población RIL del cruzamiento P665 x Messire permitió, por primera vez, la identificación de QTLs que controlan mecanismos específicos de resistencia. Dos de los QTLs identificados estuvieron asociados al aumento de muerte celular epidérmica y uno con el menor éxito de establecimiento de colonias.
6) El enriquecimiento del mapa genético del cruzamiento P665 x Messire y una evaluación más precisa de la resistencia a D. pinodes permitió la identificación de cuatro nuevas regiones genómicas implicadas en la resistencia a D. pinodes y confirmó la implicación de la mayoría de los QTLs de resistencia a D. pinodes previamente identificados en esta población.
7) Los marcadores SNP fueron localizados dentro del QTL en la mayoría de los QTLs de resistencia a D. pinodes identificados en el cruzamiento P665 x Messire, proporcionando de esta forma marcadores robustos adecuados para el enfoque de los genes candidatos y la selección asistida por marcadores de los caracteres evaluados. ArfB3 (dominio B3 del factor de respuesta auxínica) colocalizado en el QTL MpV.1_DRseedl y CE007J22 (gen 4 de la proteína de reacción hipersensibile inducida) situado dentro del QTL MpVI.1_DRst_05 son sugeridos como genes candidatos potenciales de resistencia a D. pinodes. COLc (gen del guisante CONSTANTS-like C) y Elf3 (gen 3 de floración temprana) son propuestos como genes candidatos para el control del QTL dfIII.2 que determina el momento de floración.
8) De los 203 puntos de proteínas diferenciales totales identificados en el análisis del proteoma del ápice de dos entradas de guisante con respuesta diferencial al ataque de A. pisum, 81 fueron identificados tras el análisis de espectrometría de masas; 192 presentaron diferencias cuando se compararon entre si las entradas sin infestar; y 138 mostraron diferencias significativas en las plantas susceptibles mientras que 17 mostraron diferencias en las plantas resistentes en respuesta a la infestación por A. pisum.
9) En las plantas susceptibles la mayoría de rutas metabólicas del metabolismo primario parecieron verse incrementadas en respuesta a la infestación, de lo que podría inferirse el éxito del desarrollo de A. pisum. Además, la infestación por pulgón verde del guisante pareció provocar la reducción de la eficiencia de la enzima RubisCo, mientras que las proteínas implicadas en fotorrespiración y la anhidrasa carbónica incrementaron posiblemente en un intento por mejorar la tasa de carboxilación de la RubisCo. Asimismo, se propone la activación de una fuente de energía alternativa proporcionada por la degradación de proteínas en las plantas susceptibles en respuesta al severo agotamiento de nutrientes provocado por la alimentación de los pulgones.
10) Las proteínas implicadas en la fotosíntesis y la biosíntesis de amino ácidos redujeron su abundancia en la entrada resistente en respuesta al ataque de A. pisum, lo que puede haber sido útil al limitar el acceso a los nutrientes al pulgón. Además, se observó un aumento general de las proteínas asociadas al estrés y la defensa de la planta en la entrada resistente en respuesta a la infestación, sugiriendo el papel de las moléclas de señalización de heridas en la activación del ciclo ASC-GLU en respuesta a la producción de ROS. La acumulación de LOXs y LAPs junto a la identificación de la proteína putativa asociada a la senescencia sugieren el papel del JA en la respuesta defensiva del guisante frente al ataque de A. pisum. El desarrollo de la respuesta de hipersenescencia en los ápices infestados en las entradas resistentes podría haber contribuído a la limitación del accesso a los fotoasimilados, contolando el desarrollo del pulgón verde del guisante.
