Aproximaciones -ómicas al estudio de la germinación de semillas de especies recalcitrantes: el caso de la encina (Quercus ilex subsp. ballota)

Autor: Romero-Rodríguez, M. Cristina, Jorrín-Novo, Jesús V.
Přispěvatelé: Abril, Nieves
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2015
Předmět:
Popis: La presente Tesis Doctoral está centrada en el estudio de la encina (Quercus ilex L. subsp.ballota [Desf.] Samp.), una especie dominante en los sistemas silvopastorales mediterráneos. Elmantenimiento y la sostenibilidad de los bosques de encina se enfrenta actualmente conproblemas y retos mayormente relacionados con la conservación de semillas viables, ya que setrata de una semilla recalcitrante, y con la alta tasa de mortalidad de los individuos adultos yplantones luego de ser trasplantados a campo, resultado de las adversas condicionesambientales.En el presente trabajo se llevó a cabo el estudio de la germinación de semillas de encina,así como de plántulas en estadio temprano mediante una aproximación multidisciplinar quecombina las técnicas clásicas de biología molecular con las “ómicas”. Con este objetivo generalfueron propuestos los siguientes objetivos específicos1. Realizar un análisis transcripcional de un grupo de genes candidatos implicados entolerancia a la de desecación, regulación de la señalización de ABA, metabolismo ydefensa contra el estrés oxidativo, a lo largo del proceso de germinación.2. Identificar genes de expresión diferencial en semilla germinada y de plántulas muyjóvenes de Q. ilex mediante el uso de hibridación sustractiva por supresión (SSH).3. Identificar proteínas cuya abundancia se ve alterada durante la germinación ydesarrollo de plántulas en estadios tempranos, determinando los perfilesproteómicos mediante aproximaciones basadas y libres de gel.4. Identificar el phosphoproteoma y los cambios que ocurren durante la germinaciónde semillasLos resultados del análisis transcripcional del grupo de genes candidatos revelaron quelas semillas maduras de Q. ilex presentan algunas características fisiológicas intracelularespropias de las semillas ortodoxas que incluyen (i) acumulación de azúcares (sacarosa) yproteínas protectoras (DHN3) y (ii) acumulación de transcriptos implicados en la síntesis deoligosacáridos osmorreguladores de rafinosa (GolS) y en la defensa contra el estrés oxidativo(Sod1, Gst). Sin embargo, las semillas maduras de Q. ilex, como otras semillas recalcitrantes sedispersan con un alto contenido de agua y mantienen el metabolismo parcialmente activo. Losresultados de este análisis transcripcional fueron verificados y complementados con ladeterminación de (i) niveles de fitohormonas (ABA, GA3, GA4, IAA, iP and iPR), (ii) acumulaciónde azúcares (Sac, Glc, Fru) y (iii) determinación de proteínas mediante inmunodetección (DHN3,GAPDH, RBCL) y actividad enzimática (SOD); estos resultados mostraron una buena correlacióncon los transcriptos analizados.El análisis de expresión diferencial de genes mediante SSH permitió identificar porprimera vez en Q. ilex un grupo de ESTs correspondiente a genes diferencialmente expresadosen semillas germinadas y plántulas en desarrollo temprano. En las semillas germinadas seidentificaron 31 genes sobre-expresados, entre los que se incluyen genes que codifican paraproteínas implicadas en la respuesta a estreses, transporte, defensa contra estrés oxidativo,modificación de la pared celular, ciclo celular, metabolismo de proteínas y transducción. Porotro lado, 39 transcriptos no redundantes se encontraron sobre-expresados en estadiotemprano de plántulas. Las proteínas codificadas por estos transcritos fueron agrupadas ensiete categorías funcionales que incluyen fotosíntesis, metabolismo secundario, transporte,señalización, respuesta a diversos estreses, expresión génica y organización de componentes...
This work is focused on holm oak (Quercus ilex L. subsp. ballota [Desf.] Samp.) a dominanttree species in natural forest ecosystems over large areas of the Western Mediterranean Basin.Q. ilex forest maintenance and sustainability are facing important problems and challengesrelated to seed viability/conservation, and plant mortality in both adult trees and young oneyear-old plants after field transplantation resulting from adverse environmental conditionssuch as drought and the so-called decline syndrome.In the present Doctoral Thesis, the germination and seedling growth of Q. ilex was studiedapplying a multidisciplinary “omics” approach combined with classical biochemical approaches,according to the actual trends in biosciences research. Within this general aim, specificobjectives pursued in this thesis were:1. Determine the expression profile of a selected group of protein coding genes involvedin desiccation tolerance, regulation of ABA-signalling, metabolism and antioxidativedefence.2. Identify differentially expressed genes between germinated seeds and seedlings of Q.ilex by using a suppression subtractive hybridization (SSH).3. Analyse changes in the proteomic profiles during germination and seedling growththrough gel based and gel free approaches.4. Analyse the dynamic protein phosphorylation changes during seed germination andseedling development.The transcriptional analysis revealed that mature Q. ilex seeds show some of theintracellular physiological characteristics of orthodox seed that included (i) accumulation ofnon-reducing carbohydrates (sucrose) and protective proteins (DHN3) and (ii) accumulation oftranscripts involved in the synthesis of certain osmoregulator of raffinose seriesoligosaccharides (GolS), the anti-oxidative defence (Sod1, Gst). But the holm oak mature acorns,like other recalcitrant seeds, have the ability to maintain a partially active metabolism. Thetranscriptional analysis results were verified and complemented with the determination of (i)plant hormones levels (ABA; the gibberellins GA3 y GA4; the auxin IAA and the cytokinins iPand iPR,) (ii) sugars accumulation (Suc, Glc, Fru) and (iii) proteins amounts determined byimmunoblotting (DHN3, GAPDH, RBCL) and/or enzymatic activity (SOD) and good correlationwas found whit transcript levels.The analysis of differentially expressed genes by SSH allowed the identification for thefirst time a large number of putative differentially expressed ESTs from the embryo axis ingerminated seeds and from shoot seedlings of Q. ilex during the postgermination and seedlingestablishment. Thirty-one over-expressed genes were identified in germinated seeds at thegermination stage. Proteins encoded by these genes are representative of eight functionalcategories: stress responses, transport, oxidation-reduction, cell wall modification, cell divisioncycle, protein metabolism, cellular component organization and translation. On the other hand,39 non-redundant transcripts over-represented in Q. ilex shoots seedlings were grouped inseven functional categories: photosynthesis, secondary metabolism, transport, signalling, stressresponse, gene expression and cellular component organization. These data constitute animportant genomics resource that should clearly benefit further germination and otherbiological process research on Q. ilex...
Databáze: OpenAIRE
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