Análisis de la función de citacs4 en la regulación de la monoecia de sandía (citrullus lanatus)

Abstract

[EN] In this research we have determined the possible of CitACS4 gene which regulate the monoecy in watermelon. We have phenotyped the monoecious lines (P84, P85 and P86) and an andromonoecious line (P87). In addiction, the monoecious lines have been used as female parents and andromonoecious line as male parent from their crosses. We obtained three F1 (P84x P87), (P85x P87) and (P86x P87) and three independent F2 populations derived from the cross. However, F2 (P84XP87) populations didn´t blossom. Moreover, we also determined whether allelic variants of CitACS4 gene in these F2 populations segregate for sexual phenotype. The lines were provided by the Bayer CropScience seed company. We analyzed the sexual phenotype, for that we evaluated monoecy instability of the four inbred lines and their F1 and F2 generations. To characterize andromonoecy index (AI) for each pistillate flower on a scale from 0 to 3 based on the degree of stamen development. According to the average AI were identified in three inbred lines (P84, P85 and P86) different monoecy stability, and P87 line showed stable andromonoecious phenotype. P86 was more female and monoecious. The segregation of monoecious/ andromonoecious in two F2 (P85x P87) and (P86x P87) populations fitted the 3:1 ratio, the expected ratio if monoecious phenotype in this populations is conferred by a dominant gene. This gene CitACS4 is this homologous of CmACS7, CsACS2 and CpACS27A (in melon, cucumber and squash). Since we know that regulate monoecy in these cucurbits, and their recessive mutations originate andromonoecy or monoecy instability. To study whether andromonoecy watermelon is also caused by a mutation in the CitACS4 gene watermelon, we have isolated and sequenced in the CitACS4 gene coding region four watermelon lines studied. Compared with monoecious lines (P84, P85, P86) and the andromonecious line (P87), we have identified a mutations that produces an amino acid substitution of cysteine fot tryptophan. The allelic variants defined by the mutation in the CitACS4 gene we have called the M and A, respectively, which correspond to andromonoecious and monoecious alleles. This mutation identified in P87 segregated for andromonoecious sexual phenotype. The evaluation of sex expression was based on both the number of initial nodes with male flowers before the production of the first female flower. Early floral transition phenotype of the monoecious lines is caused by a single dominant gene which isn`t CitACS4 because it doesn´t segregate with the A allele of andromonoecy parent from P87.

[ES] Este trabajo se ha basado en determinar la posible función del gen CitACS4 de sandía en la regulación de la monoecia. Para ello se han fenotipado tres líneas monoicas (P84, P85 y P86) y una línea andromonoica (P87) de sandía. Las líneas monoicas han sido utilizadas como parentales femeninos en cruzamientos con la línea andromonoica, la cual ha actuado siempre como parental masculino. De esta manera hemos obtenido tres híbridos F1, P84×P87, P85×P87 y P86×P87, y dos poblaciones F2, P85×P87 y P86×P87. Además también se determinaron si las variantes alélicas del gen CitACS4 en esas líneas cosegregan con los fenotipos sexuales en las generaciones segregantes. Las líneas de mejora han sido cedidas por la casa de semillas Nunhems Spain SA (Bayer CropScience). Analizamos el fenotipo sexual, para ello evaluamos la inestabilidad a la monoecia de las cuatro líneas puras, así como las generaciones F1 y F2 derivadas del cruzamiento entre las líneas monoicas y andromonoicas. Para caracterizarla se definió el índice de andromonoecia (IA) para cada flor pistilada en una escala de 0 a 3 (sin ningún desarrollo de los estambres hasta un desarrollo completo de ellos). Según el índice IA medio se identificaron en las tres líneas puras de C. lanatus (P84, P85 y P86) diferente estabilidad a la monoecia, y una línea pura que muestra un fenotipo andromonoico estable (P87). La línea más femenina y monoica fueP86. La evaluación de la monoecia/andromonoecia de las cuatro líneas puras y sus correspondientes F1 y F2, demostró que la monoecia está conferida por un gen semidominante, y que la andromonoecia es recesiva. El gen CitACS4 es el gen ACS de sandía más homólogo a los genes CmACS7, CsACS2 y CpACS27A de melón, pepino y calabacín. Puesto que sabemos que estos últimos regulan la monoecia de estas cucurbitáceas, y que sus mutaciones recesivas originan andromonoecia o inestabilidad de la monoecia. Para estudiar si la andromonoecia de sandía también está producida por una mutación en el gen CitACS4 de sandía. Hemos aislado y secuenciado la región codificante del gen CitACS4 en las cuatro líneas de sandía estudiadas. En comparación con las líneas monoicas (P84, P85, P86), la línea andromonoica (P87) tiene una mutación puntual que produce una sustitución aminoacídica de cisteína por triptófano en la posición 365 de CitACS4, una posición muy conservada en todas las proteínas ACS vegetales. Las variantes alélicas definidas por la mutación contrasentido en el gen CitACS4 las hemos denominado M y A, respectivamente, y corresponden a los alelos de las líneas monoicas y andromonoica, respectivamente. Dicha mutación puntual identificada en P87 cosegrega con el fenotipo sexual andromonoico, indicando que el fenotipo andromonoico de sandía podría estar conferido por la mutación de este gen. El estudio de la evaluación de la expresión del sexo se basó en el estudio del número de flores masculinas iniciales hasta la producción de la primera flor pistilada. Resultando que el fenoti