Nueva estrategia biotecnológica para incrementar la producción de frutos y semillas en plantas monocarpicas

Abstract

[ES] Las plantas monocárpicas, entre las que se incluyen muchos cultivos de gran importancia económica, son aquellas que presentan un único ciclo reproductivo en su vida. En plantas monocárpicas, tras la producción de un número determinado de frutos, la actividad del meristemo apical del tallo y de todos los meristemos de los ejes secundarios se detiene de un modo coordinado, dando lugar al cese de la producción de flores, lo que generalmente se interpreta como un mecanismo para optimizar los recursos disponibles hacia la producción de semillas. Este fenómeno se denomina Parada Global de la Proliferación o Global Proliferative Arrest (GPA). En Arabidopsis thaliana se han descrito dos mutantes que retrasan el GPA. El estudio de estos mutantes llevó a plantear un hipotético modelo de control genético del cese de la actividad meristemática. Una consecuencia directa del retraso de la parada de la actividad meristemática es el aumento en la producción de flores y frutos. Por eso este tipo de mutaciones podría ser empleado para mejorar la producción de los cultivos actuales de otras especies monocárpicas. Sin embargo, la utilización directa de estas mutaciones no es óptima, ya que muestran malformación de los frutos. En este trabajo se plantean dos estrategias de transformación genética para evitar este problema y se describe la generación de las construcciones, la transformación de Arabidopsis, la selección de un elevado número de líneas transgénicas independientes y la caracterización fenotípica de algunas de ellas. Tras evaluar los resultados de la caracterización se observa que una de las estrategias ofrece mejores resultados que la otra, al mostrar un aumento en la producción de frutos en el tallo principal de un 20 a un 40% respecto al silvestre sin otros efectos no deseados en el desarrollo de la planta. Por tanto, podemos concluir que se trata de una estrategia exitosa, que podría tener un alto potencial biotecnológico.

[EN] Monocarpic plants, including many important crops, have a single reproductive cycle in their lives. In monocarpic plants, after production of a certain number of fruits, the activity of the shoot apical meristem and all other apical meristems in secondary axes coordinately arrests. As a consequence, flower production stops, in what has been recognized as a way to optimize resources towards the production of seeds. This phenomenon is known as Global Proliferative Arrest (GPA). In Arabidopsis thaliana two mutants that show delayed GPA have been identified. The study of these mutants led to propose a hypothetical genetic model for the control of meristem arrest. A direct consequence of the delay of meristem arrest is an increase in flower and fruit production. This type of mutantion could be used to improve fruit production in other monocarpic crops. However, in the mutants, undesired defects appear in fruits. In this work, we propose two different strategies to overcome this problem. This master's thesis describes construct generation, Arabidopsis transformation, selection of high number of independent transgenic lines and the phenotypic characterization of some of them. From the analyses of our results, we can conclude what is the most effective strategy. We have obtained several lines that show an increase in fruit production on the main stem of a 20 to 40% without other collateral undesired effects in plant development. We can thus conclude that our strategy has been successful and offers a tool with high biotechnological potential.