Estudio del sistema de autoincompatibilidad en pepino dulce (Solanum muricatum) y especies relacionadas

Abstract

[ES] Los sistemas de autoincompatibilidad (SI) en angiospermas evitan la autofecundación promoviendo la polinización cruzada que favorece la generación de diversidad genética. En solanáceas, rosáceas y plantagináceas la SI está controlada por un sistema gametofítico controlado por la interacción entre un determinante del polen (SFL) y un determinante femenino (S-RNasa). Se sabe que los dos genes que codifican para estas proteínas se encuentran en un locus hipervariable llamado locus-S. En solanáceas las S-RNasas presentan cinco dominios conservados, dos regiones hipervariables y un intrón. Se ha descrito que estos genes presentan un amplio número de alelos que varían tanto en sus regiones hipervariables como en el tamaño del intrón. La detección de estos alelos permite conocer de antemano qué plantas van a ser compatibles entre sí, permitiendo una mejor planificación de los programas de mejora. Se ha visto en especies como tomate que la transición de la auto-incompatibilidad a la auto-compatibilidad es un rasgo característico de la domesticación, ya que una planta autocompatible facilita enormemente la fijación de caracteres de interés. Esto suele ser debido a la selección de individuos que presentan mutaciones en alguno de los dos determinantes, permitiendo así saltarse el control de rechazo del polen. En el marco de los programas de mejora es común el uso de especies silvestres que aporten nuevos caracteres de interés en las especies cultivadas. Sin embargo, estas especies suelen ser autoincompatibles, lo que dificulta su uso para el desarrollo de nuevos materiales. El pepino dulce (Solanum muricatum Aiton) es un cultivo herbáceo de origen andino que es cultivado por sus frutos comestibles, jugosos y aromáticos. Pertenece a la familia de las solanáceas, estando filogenéticamente cercano a otras importantes especies como el tomate y la patata. El pepino dulce es autocompatible pero dentro la sección Basarthrum a la que pertenece, encontramos tanto especies autoincompatibles como especies autocompatibles. Así pues, el objetivo principal de este trabajo es determinar diferentes alelos de incompatibilidad amplificando regiones de las S-RNasas tanto en la especie cultivada (Solanum muricatum), como en diversas especies silvestres de la sección Basarthrum (S. caripense, S. tabanoense, S. catilliflorum, S. Trachycarpum y S. perlongistylum). Por otra parte, se intentará identificar si existe alguna alteración en las S-RNasas en la especie cultivada que pudiera ser responsable de la autocompatibilidad. También se realizarán diferentes cruces dirigidos en invernadero para poder establecer los niveles de compatibilidad de las diferentes especies, así como para confirmar la relación entre los alelos de las S-RNasas y la potencial cruzabilidad de las plantas.

[EN] The self-incompatibility (SI) systems in angiosperms avoid selfing, promoting cross-pollination and the generation of genetic diversity. In Solanaceae, Rosaceae and Plantaginaceae self-incompatibility is controlled by a gametophytic system controlled by the interaction between a male determinant (SFL) and a female determinant (S-RNase). It is known that both genes codifying these proteins are located in a hipervariable locus named the S-locus. In Solanaceae, S-RNases comprise five conserved domains, two hipervariable regions and an intron. It has been described that these gens show a wide number of alleles that vary in their hipervariable regions as well as in the size of their intron. The detection of these alleles allows to know beforehand which plants are going to be incompatible, allowing for a better planning of breeding programs. It has been observed in species such as tomato that transition from self-incompatibility to selfcompatibility is a characteristic trait of domestication, as a self-compatible plant makes the fixation of interesting traits much easier. This is usually due to the selection of plants that have mutations in one of the two determinants, allowing them to bypass the rejection of pollen control. In breeding programs is common to use wild species that contribute with new interesting traits for the cultivated species. However, these species usually are self-incompatible, which makes their use in the development of new materials difficult. Pepino (Solanum muricatum Aiton) is a species of shrub of Andean origin cultivated for its edible, juicy and aromatic fruits. It belongs to the Solanaceae family, and is phylogenetically close to other relevant species such as tomato and potato. The pepino is self-compatible, but inside the section Basarthrum, to which it belongs, there are self-incompatible species as well as self-compatible species. The main objective of this work was to determine different incompatibility alleles by amplifying regions in the S-RNases of the cultivated species (Solanum muricatum) and of different wild species of section Basarthrum (S. caripense, S. tabanoense, S. catilliflorum, S. Trachycarpum y S. perlongistylum). Moreover, it was tried to identify if there is any alteration in the S-RNases of the cultivated species that might be the cause of self-compatibility. Different directed cross-pollinations were made in the greenhouse to assess the level of incompatibility in the different species, and as to confirm the relation between the alleles of of the S-RNases and the cross-compatibility between plants. Diverse alleles of incompatibility could be determined for the studied species, although the sequence of the S-RNase of all species could not be obtained, including that of the cultivated species. The greenhouse crosses suggested that not all of the alleles present in the species could be determined.