Caracterización del desarrollo radicular en el mutante tom1518 y dos líneas CRISPR relacionadas

Abstract

[ES] La importancia de las raíces para las plantas se debe a una amplia variedad de procesos, como la absorción de agua y nutrientes, el anclaje y soporte mecánico, el almacenamiento de diversos compuestos, y la tolerancia a diversos factores tanto bióticos como abióticos que se encuentran en el suelo. En los últimos años, el sistema radicular ha despertado el interés de muchos investigadores por dos motivos principales: 1) 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; y 2) a nivel práctico, por los desafíos a los que tiene que enfrentarse la agricultura moderna como consecuencia del cambio climático, es decir, el mantenimiento o aumento de la producción de los cultivos en suelos con menores recursos hídricos. Al respecto, las plantas con sistemas radiculares más vigorosos suelen ser más eficientes en situaciones de escasez de recursos hídricos. Por tanto, el desarrollo de nuevos cultivares con caracteres radiculares mejorados para la adquisición de agua en condiciones de estrés hídrico podría tener un impacto significativo en la seguridad alimentaria mundial. El sistema radicular se compone de, al menos, dos tipos de raíces: la raíz primaria, que se forma durante la embriogénesis, y las raíces laterales, que se desarrollan en una etapa post-embriogénica a partir de la raíz primaria. Además, las plantas pueden desarrollar raíces adventicias que emergen a partir de órganos de la parte aérea de la planta, como hipocótilo, tallo u hoja, de forma natural o como respuesta a una herida. Este tipo de enraizamiento es esencial en horticultura para la supervivencia de los esquejes que se emplean para la propagación de las variedades élite. En este Trabajo Final de Grado se han caracterizado tres líneas de tomate afectadas en el desarrollo radicular, a saber, un mutante somaclonal y dos líneas generadas mediante tecnología CRISPR-Cas9 en las que se ha editado el gen responsable del fenotipo mutante. En este contexto, en el primer objetivo nos hemos centrado en la caracterización fenotípica in vitro, poniendo un particular énfasis en el desarrollo tanto de la raíz primaria como de la raíz adventicia. Los resultados obtenidos en el contexto de este objetivo indican que el mutante y las dos líneas CRISPR exhiben severas alteraciones tanto en la raíz embrionaria como en las raíces adventicias. El segundo objetivo ha consistido en la caracterización del desarrollo vegetativo y reproductivo en condiciones de invernadero, lo que ha puesto de manifiesto importantes cambios en el patrón de desarrollo vegetativo y reproductivo de las tres líneas.

[EN] The importance of roots for plants is due to various processes, such as the absorption of water and nutrients, anchoring and mechanical support, storage of multiple compounds, and tolerance to different biotic and abiotic factors found in the soil. In recent years, the root system has aroused the interest of many researchers for two main reasons: 1) at a basic level, the architecture of the root system is an excellent example of developmental plasticity, where organ structures depend on an interaction between genetically programmed development pathways and environmental signals that collectively activate and model groups of stem cells; and 2) at a practical level, due to the challenges that modern agriculture has to face as a result of climate change, that is, the maintenance or increase of crop production in soils with lower water resources. In this regard, plants with more robust root systems tend to be more efficient in water scarcity situations. Therefore, the development of new cultivars with improved root characteristics for the acquisition of water under water stress conditions could significantly impact global food security. The root system is composed of at least two types of roots: the primary root, which is formed during embryogenesis, and the lateral roots, which develop in a post-embryogenic stage from the primary root. In addition, plants can develop adventitious roots that emerge from organs in the aerial part of the plant, such as hypocotyl, stem, or leaf, naturally or in response to a wound. This type of rooting is essential in horticulture for the survival of the cuttings that are used for the propagation of elite varieties. In this Final Degree Project, three tomato lines affected in root development have been characterized: a somaclonal mutant and two lines generated by CRISPR-Cas9 technology in which the gene responsible for the mutant phenotype has been edited. In this context, in the first objective, we have focused on phenotypic characterization in vitro, emphasizing the development of both the primary root and the adventitious root. The results obtained in the context of this objective indicate that the mutant and the two CRISPR lines exhibit severe alterations in both the embryonic root and the adventitious roots. The second objective consisted of the characterization of vegetative and reproductive development in greenhouse conditions, which revealed significant changes in the vegetative and reproductive development pattern of the three lines.