Desarrollo de plantas con polen termotolerante y estudio de su efecto en la mejora de la fructificación.

Abstract

[ES] El desarrollo del polen en plantas es un proceso posmeiótico que da lugar a granos de polen maduros a partir de microesporas. El estrés por calor es uno de los factores limitantes más importantes en la producción de los cultivos. El estrés por calor afecta en gran medida a las capas celulares que rodean a los microsporocitos y se han informado de anomalías en el desarrollo del tapetum causadas por el estrés por calor en muchas especies. El tapetum es muy rico en mitocondrias en comparación con los tejidos vegetativos. Bajo estrés por calor, el aumento en la generación de especies reactivas de oxígeno en este tejido puede causar daño oxidativo y muerte celular y en último término esterilidad masculina. El mantenimiento del estado redox celular es un mecanismo eficiente para minimizar el daño por estrés de calor. Las peroxidasas contribuyen a la eliminación de especies reactivas de oxígeno ejerciendo una acción protectora celular. En este TFM se generaron plantas transgénicas de Arabidpsis thaliana que llevan una construcción génica para la expresión de una peroxidasa de tomate, utilizando un promotor inducible por calor con el fin mejorar la viabilidad del polen y, en consecuencia, la producción de frutos. Se han puesto a punto ensayos de tratamiento de calor como simulación de estrés abiótico para inducir la expresión del promotor del gen de choque térmico y activar el gen de la peroxidasa exógena en órganos florales. En condiciones de estrés, las plantas transgénicas resultaron menos afectadas que las plantas control que fueron sometidas a las mismas condiciones, presentando anteras más grandes, mayor cantidad de polen viable y frutos de mayor tamaño. Los resultados de este proyecto tienen un potencial enorme al servir como base para mejorar la productividad y adaptación de las plantas de cultivo al cambio climático. En la era actual, uno de los desafíos clave para los biotecnólogos es desarrollar cultivos más productivos y resistentes a condiciones ambientales adversas, y con estos hallazgos y la utilización de la biotecnología se puede contribuir significativamente a esta meta.

[EN] Pollen development in plants is a postmeiotic process that results in mature pollen grains from microspores. Heat stress is one of the most important limiting factors in crop production. Heat stress greatly affects the cell layers surrounding microsporocytes and abnormalities in tapetum development caused by heat stress have been reported in many species. The tapetum is very rich in mitochondria compared to vegetative tissues. Under heat stress, increased generation of reactive oxygen species in this tissue can cause oxidative damage and cell death and ultimately male sterility. Maintenance of the cellular redox state is an efficient mechanism to minimize heat stress damage. Peroxidases contribute to the elimination of reactive oxygen species exerting a cellular protective action. In this TFM, transgenic Arabidpsis thaliana plants carrying a gene construct for the expression of a tomato peroxidase were generated using a heat-inducible promoter to improve pollen viability and consequently fruit production. Heat treatment assays simulating abiotic stress have been developed to induce the expression of the heat shock gene promoter and activate the exogenous peroxidase gene in floral organs. Under stress conditions, transgenic plants were less affected than control plants subjected to the same conditions, showing larger anthers, more viable pollen and larger fruits. The results of this project have enormous potential to serve as a basis for improving the productivity and adaptation of crop plants to climate change. In the current era, one of the key challenges for biotechnologists is to develop crops that are more productive and resistant to adverse environmental conditions, and these findings and the use of biotechnology can contribute significantly to this goal.