Caracterización de líneas transgénicas de tomate que sobreexpresan los genes RAMLESS de Solanum lycopersicon y S. pimpinellifolium

Abstract

[ES] La raíz, vía de conexión de la planta con el suelo, es un órgano esencial para explorar y explotar los recursos más esenciales que necesita una planta para su crecimiento y desarrollo. El creciente interés por la biología radicular obedece a dos razones. A nivel básico, la arquitectura del sistema radicular es un excelente ejemplo de plasticidad del desarrollo, donde las estructuras de los órganos dependen de una interacción entre vías de desarrollo genéticamente programadas y señales ambientales que de forma colectiva activan y modelan grupos de células madre. A nivel práctico, este interés emana de alguno de los desafíos a los que tiene que enfrentarse la agricultura moderna, como, por ejemplo, el mantenimiento de la producción en suelos con menores recursos de agua y nutrientes. Al respecto, el desarrollo de nuevos cultivares con sistemas radiculares más eficientes para la absorción de nutrientes o para la adquisición de agua en condiciones de estrés hídrico podría tener un impacto significativo en la producción. Sin embargo, este objetivo sólo se puede lograr sobre la base del conocimiento de los determinantes genéticos que regulan el desarrollo radicular. El tomate es la hortícola de mayor relevancia económica a nivel mundial, pero se conoce aún poco sobre los factores que determinan el desarrollo radicular, debido sobre todo a la escasez de mutantes alterados en este carácter. Nuestro grupo está empleando la mutagénesis insercional en tomate y especies silvestres relacionadas para la identificación de genes que controlan caracteres del desarrollo, así como los responsables de la tolerancia a estrés abiótico. En el contexto de este programa de mutagénesis insercional, se ha identificado un gen implicado en el desarrollo del sistema radicular a partir del mutante insercional ramless de Solanum pimpinellifolium. El análisis genético del mutante indicó que su fenotipo co-segregaba con un inserto de T-DNA, lo que facilitó la clonación del gen responsable del fenotipo ramless en el laboratorio del Dr. Lozano. Además, se ha clonado su ortólogo de S. lycopersicon, y se han obtenido colecciones de plantas transgénicas de tomate que sobreexpresan cada uno de estos genes. El principal objetivo de este Trabajo Final de Máster ha sido la caracterización de dos colecciones de plantas transgénicas de tomate que sobreexpresan el gen RAMLESS de S. pimpinellifolium y su ortólogo de S. lycopersicon. El primer objetivo del trabajo ha sido la selección de progenies transgénicas de simple copia. En segundo lugar, se ha llevado a cabo una caracterización in vitro del desarrollo de la raíz embrionaria y el sistema radicular adventicio. Por último, se ha realizado una evaluación exhaustiva de caracteres relacionados con el desarrollo vegetativo y reproductivo en invernadero.

[EN] The root, which connects the plant with the soil, is an essential organ to explore and exploit the most essential resources a plant needs for its growth and development. The growing interest in root biology is due to two reasons. At the basic level, the architecture of the root system is an excellent example of plasticity development, where the structures of the organs depend on an interaction between genetically programmed development pathways and environmental signals that are collectively active and model stem cell groups. On a practical level, this interest emanates from some of the challenges that modern agriculture has to face, such as maintaining production in soils with less water and nutrient resources. On that subject, the development of new crops with more efficient root systems for nutrient absorption or for the acquisition of water under conditions of water stress could have a significant impact on production. However, this objective can only be achieved on the basis of knowledge of the genetic determinants that regulate root development. Tomato is a vegetable of great economic relevance worldwide, but little is known about the factors that determine root development, mainly due to the shortage of mutants which altered it. Our group is using insertional mutagenesis in tomatos and related wild species to identify genes that control developmental characters, as well as those responsible for abiotic stress tolerance. In the context of this insertional mutagenesis program, a gene involved in the development of the root system has been identified from the ramless insertional mutant of Solanum pimpinellifolium. Genetic analysis of the mutant indicated that its phenotype co-segregated with a T-DNA insert, which facilitated the cloning of the gene responsible for the ramless phenotype in Dr. Lozano's laboratory. In addition, its ortholog of S. lycopersicon has been cloned, and collections of transgenic tomato plants that overexpress each of these genes have been obtained. The main objective of this Master's Dissertation has been the characterization of two collections of transgenic tomato plants that overexpress the RAMLESS gene of S. pimpinellifolium and its ortholog of S. lycopersicon. The first objective of the work has been the selection of transgenic progeny of simple copy. Secondly, an in vitro characterization of the development of the embryonic root and the adventitious root system has been carried out. Finally, an exhaustive evaluation of characters related to vegetative and reproductive development in the greenhouse has been carried out.