La familia de permeasas AAP como dianas de mejora para aumentar la eficiencia en el uso de nitrógeno (NUE) en Solanum Lycopersicum L.

Abstract

[ES] La demanda de una mayor producción en aquellas especies que constituyen la base de la alimentación de la población creciente, entre las que se incluye el tomate (Solanum lycopersicum L.), ha supuesto un elevado uso de fertilizantes, especialmente nitrogenados, repercutiendo con ello negativamente en el ámbito de la ecología y la economía. Además de posibles cambios en el manejo, la transición a una agricultura de bajos insumos se ha de basar en el desarrollo de cultivares con mejor eficiencia en el uso de nitrógeno (NUE). En este contexto, en el presente Trabajo de Final de Máster, se pretende estudiar la familia de permeasas de aminoácidos de la familia AAP y su implicación en la partición de nitrógeno asimilado en tomate. La caracterización de estas permeasas, que se han demostrado cruciales en la distribución de aminoácidos en otras especies, permitirá identificar aquellas AAPs que controlan la partición de aminoácidos al fruto, y que por lo tanto se podrían emplear en programas de mejora de este cultivo para aumentar su producción en condiciones de menor aporte de N. Con este objetivo, se va a caracterizar el comportamiento de las AAPs en las hojas fuente en su respuesta a la disponibilidad de N. Se estudiará la expresión de las mismas, así como el contenido de aminoácidos en los diferentes órganos de la planta y en el fluido floemático, para establecer la regulación del transporte de N asimilado entre fuentes y sumideros. Además, se analizarán estos parámetros en hojas de diferentes edades para determinar los cambios que ocurren en la hoja durante su desarrollo de sumidero a fuente de fotoasimilados. Por otro lado, se realizará un estudio comparativo de la secuencia de los 8 genes AAP en la colección Varitome, que incluye accesiones de los antecesores silvestres S. pimpinellifolium, S. cerasiforme y los primeros tomates domesticados del continente americano, para determinar si ha existido una selección de haplotipos de las AAP durante la domesticación y su influencia sobre la estructura del transportador.

[EN] The demand for increased production of species that form the basis of the diet of the growing population, including tomato (Solanum lycopersicum L.), has led to a high use of fertilizers, especially nitrogen-based ones, which negatively impact both the ecology and the economy. In addition to improvements in agronomic management, the transition to low-input agriculture must be based on the development of cultivars with better nitrogen use efficiency (NUE). In this context, this Master's Thesis aims to study the family of amino acid permeases of the AAP type and their involvement in the partitioning of assimilated nitrogen (N) in tomato. Their functional characterization, as they have been shown to be crucial in amino acid distribution in other species, will allow us to identify those AAPs that control the partitioning of amino acids to the fruit, and that could therefore be used in breeding programs for this crop to increase its production under conditions of lower N supply. To achieve this goal, the behavior of AAPs in leaves of different ages in response to N availability has been characterized. Their expression has been studied, as well as the amino acid content in different leaf types and in phloem sap, to understand the regulation of assimilated N transport between sources and sinks. The results indicate that the higher capacity for amino acid export from leaves is associated with a higher expression of the AAP2, AAP4, and AAP6 permeases. Additionally, a comparative study of the sequences of the 8 AAP genes in the Varitome collection, which includes accessions from the wild ancestors S. pimpinellifolium, S. lycopersicum var. cerasiforme, and the first domesticated tomatoes from the American continent, has been conducted. Our results suggest the existence of a selection of haplotypes of some AAPs during domestication. These results confirm the importance of AAPs as improvement targets to increase NUE in crops such as tomatoes