Respuesta del sistema radicular frente a la deficiencia de fósforo en el contexto de plantas injertadas, análisis fenotípico y de expresión génica

Abstract

Disproportionate use of fertilizers has environmental issues derivate from soil and water bodies accumulation, as well as economic repercussions because of the increased price of agricultural inputs due to the limited availability of raw materials, is the case of phosphate rock. One of the most important horticultural product, in worldwide economic terms, is pepper (Capsicum annum L.). In Spain is one of the fifth most important crop and one which more cultivated area is dedicated, in fact, to cultivate more efficient varieties to acquisition and use of phosphorus will be positive for production economy of this vegetable. There exist previous studies where diversity of Capsicum is described. Acquisition efficiency of phosphorous is given, among other, by adaptive root morphology or by biochemical process that favour P acquisition. This is why using described tolerant varieties as rootstock could be the best solution to reduce P inputs. In addition, genomics and bioinformatic tools can be used to decode starvation response. The objectives of this work were to compare resistant pepper rootstocks for low P analyzing factors involved in root morphology and compare the genetic expression of described genes involved in P starvation tolerance. The plants were cultivated in an hydroponic system with two different P levels (0.5 mM y 1.5 mM) with Adige pepper plants grafted onto 1) `Numex X¿, 2) Piquillo, y 3) auto-grafted and controls not grafted. P levels were measured at roots and leafs, fresh weight and dry weight were recorded too. Root systems were analyzed with Winrhizo and samples of RNA from the roots were taken to analyze the expression of previously described P responsive genes. Appropriate primers were designed for genes involved in P starvation signaling, sensing, changes in metabolism and P mobilization. Plants cultivated under low P conditions showed lower levels of P concentration, however P levels in the roots were variable depending of the different rootstock used. Low P conditions wasn't severe as to make big effects over biomass. Regarding the root systems, there were differences between patterns and their response to P deficiency. Valid primers for orthologous candidate genes were designed and checked but there was no time to perform de RT-PCR reactions to know the expression level of these genes.

El uso desmedido de fertilizantes tiene repercusiones medio ambientales por eutrofización y acumulación, y económicas por el aumento del precio de los insumos agrícolas debido a la escasez de materias primas, como es el caso del fosfato roca. Uno de los productos hortícolas más importantes, a nivel económico mundial, es el pimiento (Capsicum annuum L.). En España es uno de los 5 cultivos más importantes y uno a los que más superficie cultivada se le dedica, por ello, cultivar variedades más eficientes en la adquisición y uso del fósforo repercutiría positivamente en la economía de producción de esta hortaliza. Existen estudios anteriores que describe la diversidad genética dentro del género capsicum. La eficiencia en la adquisición de fósforo viene dada, entre otros, por una morfología más adaptada o a través de procesos bioquímicos que favorecen la adquisición de P. Por ello el uso como portainjetos de variedades descritas como tolerantes a la deficiencia en P podría ser una solución para conseguir reducir los abonados fosforados, junto con las herramientas genómicas y bioinformáticas que permiten utilizar la información disponible en las bases de datos para desentrañar la respuesta a la deficiencia en P. Los objetivos del trabajo fueron comparar el uso como portainjertos tolerantes a bajo P de variedades analizando los factores responsables de dicha adaptación a nivel de morfología del sistema radicular y comparar la expresión génica para genes descritos anteriormente como involucrados en la tolerancia a la deficiencia de fósforo en raíces. Se cultivaron hidropónicamente bajo dos niveles diferentes de abonado fosforado (0.5 mM y 1.5 mM) plantas de pimiento `Adige¿ injertadas sobre: 1) `Numex X¿, 2) Piquillo, y 3) autoinjertadas y un control sin injertar. En todas ellas se midieron los niveles de P en raíces y hojas, se evaluaron los pesos frescos y secos, se analizaron los sistemas radiculares y se obtuvieron muestras de ARN para realizar el análisis de expresión de genes descritos como influyentes en la respuesta a la deficiencia en P. A partir de secuencias de melón y arabidopsis de genes relacionados con la movilización del P, con señalización y transducción de señal o transporte se diseñaron cebadores adecuados para pimiento. Las plantas cultivadas en condiciones de bajo P, mostraron niveles menores de concentración de P en los diferentes patrones, pero los niveles de P en las raíces fueron variables dependiendo de los distintos patrones. Aún así el tratamiento con bajo P no fue tan severo como para provocar grandes efectos sobre la biomasa. En cuanto a los sistemas radiculares existieron diferencias entre los patrones y en su respuesta a la deficiencia de P. Se diseñaron cebadores válidos, pero dentro de este trabajo no se llegaron a realizar las reacciones de amplificación en tiempo real necesarias para conocer los niveles de expresión en las raíces de los patrones estudiados.