Efecto de los inhibidores de las desacetilasas de histonas (iHDACs) y del estrés del retículo endoplásmico en la embriogénesis de microsporas

Abstract

[ES] El aumento de la población humana previsto en los próximos años, irá acompañado por una demanda mayor de productos vegetales. Esta necesidad de un aumento de producción se verá acompañada por el impacto del cambio climático, que, entre otras cosas, agravará los estreses abióticos (sequía, altas temperaturas, salinidad). La exigencia de una mayor producción y de disponer de variedades resistentes a distintos estreses abióticos hace necesario el abordaje de distintas estrategias de mejora genética vegetal que nos permitan disponer de nuevas variedades en un corto espacio de tiempo que permita reaccionar a las nuevas necesidades que puedan ir surgiendo. Es bien conocido que la agricultura actual se basa en gran medida en la productividad que permite el uso de híbridos entre líneas homocigotas (puras) con caracteres definidos. En los últimos años se vienen utilizando en ciertas especies técnicas alternativas a las clásicas. Estas técnicas, basadas fundamentalmente en la embriogénesis de microsporas, permiten obtener líneas puras, doble haploides (DHs), mediante la regeneración in vitro de plantas partiendo de microsporas o polen recién dividido en una sola generación, siendo pues mucho más rápida y económica. Por un lado, un objetivo del trabajo es la aplicación de nuevas iHDACs para favorecer la inducción de embriogénesis de microsporas. La aplicación del inhibidor de histona desacetilasas (HDACs) Tricostatina A (TSA), provoca un aumento de la respuesta embriogénica en genotipos de baja respuesta de colza y otras especies de interés agronómico. En este trabajo se van a probar distintos tipos de inhibidores de HDACs, selectivos y no selectivos, y a analizar su respuesta embriogénica en términos de número de embriones producidos. Por otro lado, está estudiado el papel del estrés del retículo endoplásmico en la respuesta a estreses bióticos y abióticos. Bajo condiciones de estrés, la capacidad de plegado del RE no puede cubrir la demanda y las proteínas se acumulan sin plegar, causando un estrés en el RE. Existe un mecanismo de control de calidad, la respuesta a proteínas mal plegadas o UPR para tratar que el plegado funcione correctamente con la demanda que aparece tras el estrés y disminuir la acumulación de proteínas mal plegadas en el RE. Por lo que en el segundo objetivo se van a probar compuestos que reducen el estrés del RE. Los compuestos serán aplicados a distintas concentraciones y en distintos momentos del cultivo para determinar la concentración y el momento de aplicación óptimo.

[EN] Today¿s agriculture relies heavily on the productivity provided by the use of hybrids between homozygous (pure) lines with defined traits. Traditionally, these pure lines were obtained through successive cycles of self-fertilization-selection, requiring a large amount of economic resources and time. However, current plant breeding programs rely on double haploid (DH) technology, based mainly on the reprogramming of microspores towards embryogenesis, which allows obtaining pure lines, double haploid, through the in vitro regeneration of plants from microspores or newly divided pollen. This technology is of high agronomic interest since it reduces the time needed to obtain hybrids to only one generation, which means a great temporal and economic saving. One of the factors that reduce the efficiency of microspore cultivation for the obtention of DHs is the stress of the endoplasmic reticulum (ER). Under stress conditions, the folding capacity of ER cannot cover the demand, so proteins accumulate without folding, causing ER stress. There is a quality control mechanism, the UPR or Unfolded Protein Response, to try to match the protein folding capacity with the demand appeared after the stress and to reduce the accumulation of badly folded or unfolded proteins in the ER. Another factor affecting the efficiency of microspore culture is the low rate of cell reprogramming towards embryogenesis. This rate increases when DNA histones are acetylated, providing an uncondensed structure to the chromatin and favoring the change of developmental program of the microspore to embryogenic. Consequently, the application of compounds with the ability to inhibit the stress on ER and histone deacetylases (HDACs) increases the efficiency of microspore culture. In the present work we study the effect of the application of the ER stress inhibitor compounds: TUDCA and DHA, and the HDACs inhibitors: Panobinostat and iHDAC Cocktail, on the efficiency of rapeseed and eggplant microspore cultures. The compounds were applied at different concentrations and times to determine the optimal concentration and application time.