Papel de la GA 20-oxidasa en la fructificación del tomate

Abstract

[EN] Abstract Fruit set is the transition from a quiescent ovary of the flower to a developing fruit after pollination. This process is associated with the content of gibberellin (GAs) and auxins in the ovary. Therefore the development of parthenocarpic fruit (seedless fruit) can be induced by applying both kinds of hormones. In tomato it has been described that auxin action during fruit set is mediated by GAs, by inducing different biosynthesis pathway genes, among them SlGA20ox, which codify important enzymes for GAs biosynthesis regulation. The SlGA20ox gene family is composed of 4 genes, and SlGA20ox1 seems to play a key role in fruit set. In order to deepen the understanding of this process, it has been investigated in the ovary of tomato: a) the site of expression of SlGA20ox1 and its regulation; b) the localization of IAA (auxin). For this, we have obtained transgenic lines of the tomato Micro-Tom (MT) cultivar and various hormonal mutants (procera, 35S::CsGA20ox1 Dwarf, entire and dgt) with the transgene pSlGA20ox1::GUS. Transgenic lines do not differ phenotypically from the original lines and they have been used to analyze the expression of SlGA20ox1, using the GUS gene as reporter. Localization of SlGA20ox1 transcripts was also investigated in situ. SlGA20ox1 expression in ovary after pollination was located mainly in the funiculus, placenta and embryo. Auxin and brassinosteroids (BR) increased the expression of SlGA20ox1. On the other hand, auxin location in the ovary was investigated using the transgenic line DR5::GUS (expressing the auxin-response gene DR5), and analyzing directly the IAA content by immunolocalization. In pollinated ovaries, GAs and auxin co-localize in the egg (embryo and embryo-sac) and placenta, supporting the hypothesis that both hormones interact during fruit set. Phenotypic analysis of the mutants used in this work showed that GAs inhibit the development of axillary buds, through the DELLA protein. This inhibitory effect is reversed, at least partially, by BR. Furthermore, the introduction of wild gen Dwarf in MT (normalizing its content of BR) increases plant height, but does not extend its vegetative cycle, nor increases parthenocarpy in MT.

[ES] Resumen La fructificación, paso del ovario en reposo a fruto en crecimiento tras la polinización, asociada al aumento de contenido de giberelinas (GAs) y auxinas en el ovario, es un proceso clave para la producción. Por ello se puede inducir también el desarrollo de frutos partenocárpicos (sin semillas) aplicando ambos tipos de hormonas. En tomate se ha descrito que parte de la acción de las auxinas en la fructificación está mediada por GAs, induciendo distintos genes de la ruta biosintética, entre ellos los que codifican SlGA20ox, enzimas importantes para la regulación de la síntesis de GAs. De los 4 genes que forman la familia, SlGA20ox1 parece ser clave en la fructificación. Con objeto de profundizar en el conocimiento de este proceso, se ha investigado en el ovario de tomate: a) la localización de la expresión de SlGA20ox1 y su regulación; b) la localización de IAA (auxina). Para ello, se han obtenido líneas trangénicas del cultivar Micro-Tom (MT) de tomate y diversos mutantes hormonales (procera, 35S::CsGA20ox1 Dwarf, dgt y entire) con el transgén pSlGA20ox1::GUS. Las líneas transgénicas no difieren fenotípicamente de las líneas originales y se utilizaron para analizar la expresión de SlGA20ox1 con el gen delator GUS. Se investigó además la localización de los transcritos de SlGA20ox1 in situ. La expresión de SlGA20ox1 en el ovario tras la polinización se localizó, principalmente, en el funículo, la placenta y el embrión. Tanto las auxinas como los brasinosteroides (BR) aumentaron la expresión de SlGA20ox1. Por otro lado se investigó la localización de auxinas en el ovario usando una línea transgénica DR5::GUS (que expresa el gen de respuesta a auxinas DR5), y analizando también directamente el contenido de IAA mediante inmunolocalización. En ovarios polinizados, la localización de las GAs y auxinas coincidió en el óvulo (embrión y saco embrionario) y la placenta, apoyando la hipótesis de que ambas hormonas interaccionan durante la fructificación. El análisis fenotípico de los mutantes utilizados mostró que las GAs inhiben el desarrollo de los brotes axilares por GAs, a través de la proteína DELLA. El efecto inhibidor es revertido, al menos parcialmente, por BR. Por otro lado, la introducción del gen silvestre Dwarf en MT (normalizando así su contenido en BR) aumenta la altura de la planta, pero no prolonga su ciclo vegetativo, ni aumenta la capacidad partenocárpica de MT.

[CA] Resum La fructificació, pas de l'ovari en repòs a fruit en creixement després de la pol·linització, associada a l'augment de contingut de giberelines (GAs) i auxines en l'ovari, és un procés clau per a la producció. Per això es pot induir també el desenvolupament de fruits partenocàrpics (sense llavors) aplicant tots dos tipus d'hormones. En el tomàquet s'ha descrit que part de l'acció de les auxines en la fructificació està intervinguda per GAs, induint diferents gens de la ruta biosintètica, entre ells els que codifiquen SlGA20ox, enzims importants per a la regulació de la síntesi de GAs. Dels 4 gens que formen la família, SlGA20ox1 sembla ser clau en la fructificació. A fi d'aprofundir en el coneixement d'aquest procés, s'ha investigat en l'ovari del tomàquet: a) la localització de l'expressió de SlGA20ox1 i la seva regulació; b) la localització de l'IAA (auxina). Per a això, s'han obtingut línies transgèniques de conrear Micro-Tom (MT) de tomàquet i diversos mutants hormonals (procera, 35S::CsGA20ox1 Dwarf, dgt i entire) amb el transgèn pSlGA20ox1::GUS. Les línies transgèniques no difereixen fenotípicamente de les línies originals i es van utilitzar per analitzar l'expressió de SlGA20ox1 amb el gen delator GUS. Es va investigar, a més, la localització dels transcrits de SlGA20ox1 in situ. L'expressió de SlGA20ox1 en l'ovari després de la pol·linització es va localitzar, principalment, en el funicle, la placenta i l'embrió. Tant les auxines com els brasinosteroides (BR) van augmentar l'expressió de SlGA20ox1. D'altra banda es va investigar la localització d'auxines en l'ovari usant una línia transgènica DR5::GUS (que expressa el gen de resposta a auxines DR5) i analitzant també directament el contingut de IAA mitjançant immunolocalització. En ovaris polinitzats, la localització de les GAs i auxines va coincidir en l'òvul (embrió i sac embrionari) i la placenta, refermant la hipòtesi que ambdues hormones interaccionen durant la fructificació. L'anàlisi fenotípic dels mutants utilitzats va mostrar que les GAs inhibeixen el desenvolupament dels brots axil·lars per GAs, a través de la proteïna DELLA. L'efecte inhibidor és revertit, almenys parcialment, per BR. D'altra banda, la introducció del gen silvestre Dwarf en MT (normalitzant així el seu contingut de BR) augmenta l'alçada de la planta, però no perllonga el seu cicle vegetatiu, ni augmenta la capacitat partenocàrpica d'MT.