Evaluación de los mecanismos de respuesta a estrés hídrico en berenjena cultivada (Solanum melongena) y líneas de introgresión con una especie silvestre relacionada (S. incanum)

Abstract

[ES] El cambio climático es una realidad a la que diferentes sectores socio-económicos tienen que adaptarse. Entre los efectos del calentamiento global que ya son evidentes, aparte del incremento de las temperaturas medias a nivel global, se encuentra una alteración de los patrones meteorológicos estacionales normales. Esto incluye un incremento notable en la frecuencia, duración e intensidad de lluvias torrenciales, períodos de sequía y olas de calor , al igual que la progresiva salinización secundaria de las tierras cultivadas en régimen de regadío. Dado que la sequía y la salinidad del suelo son los factores ambientales que causan las mayores pérdidas en la producción agrícola mundial, es indudable que el sector agroalimentario será uno de los más afectados por el cambio climático, que pondrá en riesgo la seguridad alimentaria al dificultar el aumento en la producción de alimentos necesario para alimentar a una población humana en continuo crecimiento. Es importante, por tanto, desarrollar cultivos mejor adaptados a estas condiciones ambientales, utilizando todas las estrategias asequibles: ingeniería genética y edición génica, y mejora genética tradicional. Como fuentes de variabilidad en programas de mejora pueden utilizarse cultivares, variedades locales o parientes silvestres del cultivo de interés que sean naturalmente más resistentes a la sequía, salinidad u otros factores de estrés. En cualquier caso, todos estos estudios requieren el conocimiento de los mecanismos de respuesta y tolerancia a estrés de los distintos cultivos.

En el trabajo propuesto, en primer lugar, se van a describir y discutir los mecanismos generales de respuesta de las plantas a la sequía, a nivel fisiológico y bioquímico. Dichos mecanismos básicos y conservados incluyen, por ejemplo: i) el mantenimiento del balance osmótico celular mediante el transporte de iones y la síntesis y acumulación de osmolitos orgánicos; ii) la activación de sistemas antioxidantes, enzimáticos y no enzimáticos, para contrarrestar el estrés oxidativo secundario generado en condiciones de sequía; iii) la síntesis de moléculas protectoras , de bajo peso molecular y proteínas específicas. Aunque todas las plantas activan estas respuestas generales en condiciones de estrés, la contribución relativa de cada una de ellas a los mecanismos de tolerancia, y las moléculas específicas implicadas, varían de unas especies a otras. Es, por tanto, necesario evaluar las respuestas a estrés y los mecanismos de tolerancia de forma individual para cada especie o grupo de especies relacionadas. En el presente trabajo nos centraremos en la berenjena cultivada (Solanum melongena), un alimento muy consu mido en la cultura mediterránea, y en posibles fuentes cercanas de variación como S. incanum, especie silvestre muy relacionada. Se dispone asimismo de líneas de introgresión obtenidas previamente en el COMAV. Plantas de todas las líneas disponibles serán sometidas a tratamientos controlados de déficit hídrico en el invernadero. La determinación de parámetros de crecimiento (longitud del tallo, número de hojas, peso fresco, peso seco y contenido en agua de las raíces y parte aérea de las plantas) permitirá establecer el grado de inhibición del crecimiento y, por tanto, la tolerancia relativa a estrés hídrico de las distintas líneas. De esta forma abordaremos el primer objetivo del trabajo, comprobar si la especies silvestre es más tolerante que la cultivada y si esta característica se mantiene en alguna(s) de las líneas de introgresión, que podrían incluirse en futuros programas de mejora de la tolerancia a sequía de la berenjena cultivada. En segundo lugar, la medida en las muestras vegetales recogidas de los niveles de distintos marcadores de estrés (iones, prolina y otros osmolitos, compuestos antioxidantes, etc.) y su correlación con el nivel relativo de resistencia a sequía de las distintas líneas prop

[EN] Climate change is a reality to which different socio-economic sectors have to adapt. Among the effects of global warming that are already evident, apart from the increase in global average temperatures, the alteration of normal seasonal weather patterns should be mentioned. This includes a notable increase in the frequency, duration and intensity of heavy rains, periods of drought and "heat waves", as well as the progressive secondary salinisation of irrigated land. Given that drought and soil salinity are the environmental factors causing the greatest losses in agricultural production worldwide, the agro-food sector will undoubtedly be one of the most affected by climate change, which will put food security at risk by hampering the increase in food production necessary to feed a continuously growing human population. Therefore, it is important to develop crops better adapted to these environmental conditions, using all available strategies: genetic engineering and gene editing, and traditional plant breeding. As sources of variability in breeding programmes, cultivars, landraces or wild relatives of the crop of interest that are naturally more resistant to drought, salinity or other stressors, can be used. In any case, all these studies require a deep knowledge of the mechanisms of stress response and stress tolerance of different crops.

In the proposed work, firstly, the general mechanisms of plant responses to drought, at the physiological and biochemical level, will be described and discussed. Said basic and conserved mechanisms include, for example: i) the maintenance of the cellular osmotic balance through the transport of ions and the synthesis and accumulation of organic osmolytes; ii) the activation of antioxidant systems, enzymatic and non-enzymatic, to counteract secondary oxidative stress generated under drought conditions; iii) the synthesis of 'protective' molecules, both low-molecular-weight compounds and specific proteins. Although all plants activate these general responses under stress conditions, the relative contribution of each of them to tolerance mechanisms, and the specific molecules involved, vary from species to species. Therefore, it is necessary to evaluate the stress responses and tolerance mechanisms individually for each species or group of related species.

In the present work, we will focus on cultivated eggplant (Solanum melongena), a food widely consumed in the Mediterranean culture, and on possible sources of variation such as S. incanum, a closely related wild species. There are also available several introgression lines previously obtained in the COMAV. Plants of all selected lines will undergo controlled water deficit treatments in the greenhouse. The determination of growth parameters (stem length, number of leaves, fresh weight, dry weight and water content of the roots and aboveground organs of the plants) will allow establishing the degree of growth inhibition and, therefore, the relative tolerance to water stress of the different lines. In this way, we will address the first objective of the work, to check if the wild species is more tolerant than the cultivated one and if this characteristic is maintained in any of the introgression lines, which could be included in future breeding programmes to improve tolerance to drought of cultivated eggplant. Secondly, the measurement in the collected plant samples of the levels of different stress markers (ions, proline and other osmolytes, antioxidant compounds, etc.) and their correlation with the relative level of resistance to drought of the different lines will provide information on the relevant tolerance mechanisms in eggplant.