Efecto de las condiciones ambientales durante el desarrollo, maduración y almacenamiento sobre la dormición en semillas de quinoa (Chenopodium quinoa Willd) con tolerancia potencial al brotado pre - cosecha

El brotado pre-cosecha es uno de los problemas que limitan la expansión del cultivo de quínoa (Chenopodium quinoa Willd.) hacia regiones húmedas. Esta tesis evalúa el comportamiento germinativo de dos accesiones con dormición, 2-Want y Chadmo, en la región de la Pampa Húmeda Argentina, combinando ambientes de cultivo (fechas de siembra), almacenamiento e incubación. El objetivo principal fue determinar el efecto de factores ambientales, hormonales y estructurales sobre los patrones de cambio en el nivel de dormición de semillas de quínoa durante su desarrollo, maduración y almacenamiento post cosecha. Ambas accesiones presentaron dormición durante el período de desarrollo-maduración de las semillas, aunque la temperatura de incubación condicionó su expresión (mayor a menor temperatura) en 2-Want. Condiciones de mayor fotoperíodo y temperatura durante esta etapa determinaron mayores niveles de dormición. Se confirmó el papel de las cubiertas seminales en su imposición, y se informa por primera vez la presencia de dormición embrionaria en quínoa. Se propone como hipótesis que una variación en el espesor de las cubiertas en respuesta al ambiente materno regula la difusión de ABA fuera de la semilla durante la incubación, y este mecanismo participa en la modulación del nivel de dormición. La salida de dormición posterior en almacenamientos con baja humedad resultó más rápida a temperaturas altas, asociado con la pérdida de sensibilidad al ABA, que condiciona también el requerimiento de giberelinas para germinar. Un mecanismo particular retrasó la salida de dormición ante temperaturas bajas de almacenamiento más incubación; una exposición a temperaturas elevadas sería necesaria para superar ese bloqueo. Chadmo mostró un nivel de dormición superior en todas las situaciones evaluadas, esto permite inferir un alto grado de tolerancia al brotado ante diversas circunstancias en la zona pampeana, por ello se la sugiere como mejor candidata para su inclusión en programas de mejoramiento adaptativo en quínoa.

Identificación de QTL para dormición y análisis molecular de la interacción ABA-GAs en cariopses de sorgo granífero

El objetivo de esta tesis fue contribuir a la dilucidación de los mecanismos moleculares y genéticos que participan en la expresión de la dormición de semillas de cereales, utilizando Sorghum bicolor (L.) Moench como sistema modelo. Para ello se utilizaron dos aproximaciones complementarias: la identificación de QTL para el carácter dormición y la evaluación de la ocurrencia de interacciones in vitro entre componentes de la señalización del ácido abscísico (ABA) y el catabolismo de las giberelinas (GAs), candidatos a tener un rol importante durante la expresión de la dormición en granos de sorgo inmaduros (i.e. antes de madurez fisiológica). Los resultados obtenidos permitieron identificar tres QTL (qDOR-5; qDOR-9 y qDOR-10) que explican una proporción de la variabilidad que se observa en el patrón de expresión de dormición de granos de sorgo maduros (i.e. después de madurez fisiológica). Un análisis in silico de las secuencias abarcadas por estos QTL mostró que ninguno ellos incluye genes considerados como candidatos para dormición de sorgo. En ese sentido, esta tesis aportó nuevas regiones genómicas que contienen genes hasta ahora desconocidos, que serían importantes en la expresión del carácter dormición en granos maduros. Por otra parte, los análisis de unión in vitro realizados mostraron que las proteínas SbABI4 y SbABI5 (componentes de la señalización del ABA) pueden interactuar de manera específica con el ABRC (complejo de respuesta al ABA) del promotor del gen SbGA2ox3, responsable de la degradación de giberelinas activas. Este mecanismo de cross-talk ABA-GAs podría ser uno de los responsables del mantenimiento de la dormición en cariopses inmaduros resistentes al brotado pre-cosecha. Más aún, el ABRC del promotor de SbGA2ox3, involucrado en las interacciones, se encontró además en los promotores de genes GA2ox de otras especies monocotiledóneas como Brachypodium y arroz (Oryza sativa), pero no así en las dicotiledóneas analizadas, sugiriendo que el cross-talk ABA-GAs podría tener lugar en otras especies además de sorgo. Los resultados de esta tesis en forma conjunta aportaron nuevas evidencias acerca del rol preponderante que tienen ciertas regiones del genoma o genes puntuales en la expresión de la dormición tanto en granos maduros como inmaduros de sorgo granífero.

Efectos del ambiente térmico explorado durante la etapa de llenado y almacenaje sobre el nivel de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus L.)

A pesar de que la frecuente presencia de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus) suele dificultar las tareas de procesamiento y utilización de los mismos como semilla, existe escasa información en relación a la regulación ambiental de la dormición en frutos de esta especie. Entre los factores ambientales que actúan como reguladores de la dormición, la temperatura ha sido identificada como uno de los principales. En este contexto, el presente trabajo tuvo por objetico principal estudiar el efecto del ambiente térmico durante las etapas de llenado y almacenaje post cosecha sobre el nivel de dormición en frutos de girasol. Como objetivos secundarios, se evaluó el efecto de 1) las estructuras del fruto (embrión y cubiertas), 2) la sensibilidad de los frutos al ácido abscísico (ABA), giberelinas (GAs) y etilieno y 3) los cambios en el contenido endógeno de ABA sobre la determinación del nivel de dormición y su relación con el ambiente térmico explorado por los frutos en ambas etapas. Mayores temperaturas durante el llenado determinaron mayores niveles de dormición a cosecha, que se asociaron a una mayor dormición impuesta por cubiertas y una mayor sensibilidad al ABA de los frutos. Mayores temperaturas durante el almacenaje post cosecha (25 grados C) determinaron mayores tasas de salida de la dormición, que se asociaron a una menor dormición embrionaria, una menor sensibilidad al ABA, un menor contenido de endógeno ABA antes y durante la incubación y una mayor sensibilidad a GAs de los frutos, sin diferencias en la sensibilidad a etileno. Los resultados obtenidos representan un aporte significativo para el diseño de estrategias de manejo, como fechas de siembra y condiciones de almacenaje que permitan disminuir los niveles de dormición en frutos de girasol. A su vez, la exploración de las bases fisiológicas de las respuestas observadas resulta relevante para la comprensión de los mecanismos que regulan la dormición de esta especie.

Control de la inducción a floración en la especie perenne Lesquerella mendocina: un potencial cultivo oleaginoso

La floración es el resultado de complejas interacciones entre factores ambientales, y está mediada por señales endógenas y por el programa genético de la planta. Las respuestas a la floración fueron poco estudiadas en especies perennes facultativas como la autóctona Lesquerella mendocina, potencial cultivo oleaginoso. El objetivo general fue generar avances en el conocimiento de los mecanismos que regulan la floración en especies herbáceas perennes, utilizando a L. mendocina como objeto de estudio. Se caracterizó el papel de factores que controlan el crecimiento en la regulación del tiempo a floración, encontrándose una asociación entre la adquisición de una tasa de crecimiento Umbral (TCu) y el momento de floración, que resultó ser de naturaleza causal. Se puso en evidencia la participación de las giberelinas en la cascada de eventos que, iniciada por la adquisición de la TCU, desemboca en la iniciación floral. La exposición de las plantas a condiciones que aumentan la tasa de crecimiento (i.e. alta radiación incidente) suprimió la expresión del gen que codifica para la enzima GA2-oxidasa (lo que conduciría a la acumulación de giberelinas activas) y aumentó la proteína codificada por el gen FT. Además, se corroboró un rol positivo de los carbohidratos que actuarían como una señal a distancia para desencadenar la floración. Sobre la base de estos resultados, se elaboró un modelo conceptual para explicar los mecanismos que regulan la transición del estado vegetativo a reproductivo en L. mendocina, que se integra con conocimientos previos acerca del efecto de la temperatura sobre el desencadenamiento de la floración en esta especie. La información obtenida en esta tesis implica un avance en el conocimiento de los mecanismos que controlan la inducción a floración en especies perennes, y además sienta las bases para la puesta en cultivo y diseño de estrategias de manejo de cultivos alternativos con estas características.

Mecanismos fisiológicos y moleculares involucrados en la terminación de la dormición de semillas expuestas a las temperaturas alternadas

Esta tesis determina los mecanismos fisiológicos intervinientes en la terminación de la dormición en semillas de Cynara cardunculus y otras especies no domesticadas a las temperaturas alternadas. La comprensión de los mecanismos fisiológicos, se inicio a partir de la comparación de los parámetros resultantes de la aplicación del modelo de hidrotiempo. Se observó que las temperaturas alternadas redujeron el potencial agua base para la germinación (ƒÕ(b) 50). Este hecho denota que las temperaturas alternadas incrementan la capacidad del embrión para superar aquellas restricciones de origen físico y/o endógeno que impiden su crecimiento. El incremento del potencial de crecimiento del embrión esta regulado hormonalmente donde las fitohormonas ácido abscisico (ABA) y giberelinas (GAs) ejercen respectivamente, roles antagonicos en el mantenimiento de la dormición y en la promoción de la germinación. En las semillas expuestas a las temperaturas alternadas, se observó un menor contenido y una pérdida de la sensibilidad al ABA. Por el contrario, no se observaron cambios en el contenido y/o en la sensibilidad a las GAs de las semillas entre ambos regímenes térmicos de incubación. Además, se observó que el mantenimiento de la dormición en las semillas expuestas a temperaturas de incubación constantes fue producto del incremento en la biosintesis de novo del ABA. Los mecanismos hormonales por los cuales las temperaturas alternadas terminan con la dormición, se encontrarían regulados a nivel de la expresión de genes, siendo posible destacar la correspondencia observada entre la reducción en el contenido y en la sensibilidad al ABA bajo temperaturas alternadas y la menor abundancia de los transcriptos de NCED y de ABI5 involucrados en la sintesis y en la senalizacion del ABA.

Control del crecimiento de tecoma stans var stans en función de la densidad de cultivos y la aplicación de fitoreguladores

p.45-51

Efectos del ambiente térmico explorado durante la etapa de llenado y almacenaje sobre el nivel de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus L.)

A pesar de que la frecuente presencia de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus)suele dificultar las tareas de procesamiento y utilización de los mismos como semilla, existe escasa información en relación a la regulación ambiental de la dormición en frutos de esta especie. Entre los factores ambientales que actúan como reguladores de la dormición, la temperatura ha sido identificada como uno de los principales. En este contexto, el presente trabajo tuvo por objetico principal estudiar el efecto del ambiente térmico durante las etapas de llenado y almacenaje post cosecha sobre el nivel de dormición en frutos de girasol. Como objetivos secundarios, se evaluó el efecto de 1)las estructuras del fruto (embrión y cubiertas), 2)la sensibilidad de los frutos al ácido abscísico (ABA), giberelinas (GAs)y etilieno y 3)los cambios en el contenido endógeno de ABA sobre la determinación del nivel de dormición y su relación con el ambiente térmico explorado por los frutos en ambas etapas. Mayores temperaturas durante el llenado determinaron mayores niveles de dormición a cosecha, que se asociaron a una mayor dormición impuesta por cubiertas y una mayor sensibilidad al ABA de los frutos. Mayores temperaturas durante el almacenaje post cosecha (25 grados C)determinaron mayores tasas de salida de la dormición, que se asociaron a una menor dormición embrionaria, una menor sensibilidad al ABA, un menor contenido de endógeno ABA antes y durante la incubación y una mayor sensibilidad a GAs de los frutos, sin diferencias en la sensibilidad a etileno. Los resultados obtenidos representan un aporte significativo para el diseño de estrategias de manejo, como fechas de siembra y condiciones de almacenaje que permitan disminuir los niveles de dormición en frutos de girasol. A su vez, la exploración de las bases fisiológicas de las respuestas observadas resulta relevante para la comprensión de los mecanismos que regulan la dormición de esta especie.

Identificación de QTL para dormición y análisis molecular de la interacción ABA-GAs en cariopses de sorgo granífero

El objetivo de esta tesis fue contribuir a la dilucidación de los mecanismos moleculares y genéticos que participan en la expresión de la dormición de semillas de cereales, utilizando Sorghum bicolor (L.)Moench como sistema modelo. Para ello se utilizaron dos aproximaciones complementarias: la identificación de QTL para el carácter dormición y la evaluación de la ocurrencia de interacciones in vitro entre componentes de la señalización del ácido abscísico (ABA)y el catabolismo de las giberelinas (GAs), candidatos a tener un rol importante durante la expresión de la dormición en granos de sorgo inmaduros (i.e. antes de madurez fisiológica). Los resultados obtenidos permitieron identificar tres QTL (qDOR-5; qDOR-9 y qDOR-10)que explican una proporción de la variabilidad que se observa en el patrón de expresión de dormición de granos de sorgo maduros (i.e. después de madurez fisiológica). Un análisis in silico de las secuencias abarcadas por estos QTL mostró que ninguno ellos incluye genes considerados como candidatos para dormición de sorgo. En ese sentido, esta tesis aportó nuevas regiones genómicas que contienen genes hasta ahora desconocidos, que serían importantes en la expresión del carácter dormición en granos maduros. Por otra parte, los análisis de unión in vitro realizados mostraron que las proteínas SbABI4 y SbABI5 (componentes de la señalización del ABA)pueden interactuar de manera específica con el ABRC (complejo de respuesta al ABA)del promotor del gen SbGA2ox3, responsable de la degradación de giberelinas activas. Este mecanismo de cross-talk ABA-GAs podría ser uno de los responsables del mantenimiento de la dormición en cariopses inmaduros resistentes al brotado pre-cosecha. Más aún, el ABRC del promotor de SbGA2ox3, involucrado en las interacciones, se encontró además en los promotores de genes GA2ox de otras especies monocotiledóneas como Brachypodium y arroz (Oryza sativa), pero no así en las dicotiledóneas analizadas, sugiriendo que el cross-talk ABA-GAs podría tener lugar en otras especies además de sorgo. Los resultados de esta tesis en forma conjunta aportaron nuevas evidencias acerca del rol preponderante que tienen ciertas regiones del genoma o genes puntuales en la expresión de la dormición tanto en granos maduros como inmaduros de sorgo granífero.

Efecto de ácido abscísico y giberelina A3 sobre la anatomía de tejidos vasculares y la expresión génica de transportadores de azúcares en plantas de vid (Vitis vinifera L.) cv. Malbec

La calidad de los vinos es dependiente de la calidad de las bayas, y ésta, a su vez, es dependiente de la acumulación y metabolismo de azúcares. Se conoce que el ácido abscísico (ABA) y las giberelinas (GAs) regulan la acumulación de carbohidratos en muchos cultivos de importancia económica, pero los mecanismos por los cuales sucede aún se desconocen. El trabajo desarrollado en la presente tesis tuvo como objetivo principal determinar si la mayor concentración de azúcares en bayas de vid (Vitis vinifera L.) cv. Malbec, mediada por ABA y GAs, se debe a una modificación en la carga floemática de órganos fuentes (hojas), en el área del floema y/o en la expresión de genes que codifican para transportadores de azúcares. Para lograr el objetivo propuesto, se planteó un experimento con plantas de vid (Vitis vinifera L.) cv. Malbec en macetas sometidas a condiciones de campo y asperjadas con ABA (250 mg L-1) y ácido giberélico (GA3, 500 mg L-1). Se midieron variables de crecimiento, fisiológicas, bioquímicas, anatómicas y expresión de genes. En ambos tratamientos se observó una mayor concentración de sacarosa en las hojas, en envero, y una disminución significativa en la expresión relativa de los genes que codifican para transportadores de azúcares en dicho tejido. Además, las plantas tratadas con GA3 presentaron un crecimiento exacerbado de la parte aérea coincidente con una mayor partición de fotoasimilados hacia el tallo de las mismas. Por su parte las aplicaciones con ABA favorecieron el transporte de carbono hacia las bayas durante envero, coincidente con la sobre-expresión de los genes VvHT2, VvHT3 y VvHT6. Debido a este comportamiento diferencial, el tratamiento con ABA aceleró el inicio de la maduración de las bayas mientras que el tratamiento con GA3 lo retrasó. Contrariamente, las bayas tratadas con GA3 mostraron las mayores concentraciones de monosacáridos en post-envero, en correlación con la sobre-expresión de los genes VvHT2 y VvHT3. Por otro lado, ambos tratamientos incrementaron el área del floema y xilema en la nervadura central de las hojas, en tallos y en el pedicelo de las bayas. Como conclusión, se postula que la estimulación del transporte de carbono hacia las bayas y tallos mediada por ABA y GA3 respectivamente, fue producto de modificaciones en la concentración de carbohidratos no estructurales en hojas, en el área del tejido floemático como así también de la expresión de los transportadores de azúcares en las bayas.

Control lumínico de la respuesta al ácido jasmónico (JA) en plantas de Arabidopsis thaliana

Al monitorear los cambios en el ambiente lumínico, las plantas pueden obtener información acerca de la proximidad de las plantas vecinas. Los jasmonatos (JAs) son reguladores lipídicos que juegan un papel central en el control de las respuestas de defensa frente a patógenos y plagas, así como también en la regulación de los procesos de crecimiento y desarrollo. Una disminución en la relación rojo: rojo lejano (R:RL) de la luz representa una señal de competencia para las plantas terrestres. Esta señal es detectada por el fotorreceptor fitocromo B (phyB) y, entre otras cosas, induce la aceleración del crecimiento y elongación y reprime la expresión de defensas de las plantas. Los efectos de las bajas relaciones R:RL sobre el sistema de defensas están mediados, al menos en parte, a través de una reducción en la señalización de los JAs. En esta tesis doctoral se pretende avanzar en la comprensión de los mecanismos que controlan el efecto de R:RL y phyB en las respuestas a JA en Arabidopsis thaliana. Se postulan posibles mecanismos mediante los cuales la inactivación del phyB por bajas relaciones R:RL produce la disminución en la sensibilidad de la vía de los JAs. Para este fin, he combinado un enfoque genético con el uso de herramientas fisiológicas, bioquímicas y moleculares para estudiar los efectos de la calidad de la luz sobre los componentes críticos de la vía de señalización de JA. Los resultados presentados en esta tesis demuestran que el efecto de las bajas relaciones R:RL, provocando una disminución de la sensibilidad a JA, requiere de la proteína JA-ZIM domain 10(JAZ10). También demostramos que la degradación de las proteínas DELLA (mediada por el aumento en la actividad de giberelinas (GAs) ), es necesaria para que se manifieste la represión de la vía de JA en condiciones de bajas relaciones R:RL. Por último, los resultados sugieren que, además de este efecto bien caracterizado de las GAs sobre la señalización de JA, mediado por la degradación de las proteínas DELLAs, GA reprime las respuestas de defensa por un nuevo mecanismo. En este mecanismo, GA aumenta la estabilidad de la JAZ10 y retarda la degradación de esta proteína inducida por JA.

Control lumínico de la respuesta al ácido jasmónico (JA) en plantas de Arabidopsis thaliana

Al monitorear los cambios en el ambiente lumínico, las plantas pueden obtener información acerca de la proximidad de las plantas vecinas. Los jasmonatos (JAs) son reguladores lipídicos que juegan un papel central en el control de las respuestas de defensa frente a patógenos y plagas, así como también en la regulación de los procesos de crecimiento y desarrollo. Una disminución en la relación rojo: rojo lejano (R:RL) de la luz representa una señal de competencia para las plantas terrestres. Esta señal es detectada por el fotorreceptor fitocromo B (phyB) y, entre otras cosas, induce la aceleración del crecimiento y elongación y reprime la expresión de defensas de las plantas. Los efectos de las bajas relaciones R:RL sobre el sistema de defensas están mediados, al menos en parte, a través de una reducción en la señalización de los JAs. En esta tesis doctoral se pretende avanzar en la comprensión de los mecanismos que controlan el efecto de R:RL y phyB en las respuestas a JA en Arabidopsis thaliana. Se postulan posibles mecanismos mediante los cuales la inactivación del phyB por bajas relaciones R:RL produce la disminución en la sensibilidad de la vía de los JAs. Para este fin, he combinado un enfoque genético con el uso de herramientas fisiológicas, bioquímicas y moleculares para estudiar los efectos de la calidad de la luz sobre los componentes críticos de la vía de señalización de JA. Los resultados presentados en esta tesis demuestran que el efecto de las bajas relaciones R:RL, provocando una disminución de la sensibilidad a JA, requiere de la proteína JA-ZIM domain 10(JAZ10). También demostramos que la degradación de las proteínas DELLA (mediada por el aumento en la actividad de giberelinas (GAs) ), es necesaria para que se manifieste la represión de la vía de JA en condiciones de bajas relaciones R:RL. Por último, los resultados sugieren que, además de este efecto bien caracterizado de las GAs sobre la señalización de JA, mediado por la degradación de las proteínas DELLAs, GA reprime las respuestas de defensa por un nuevo mecanismo. En este mecanismo, GA aumenta la estabilidad de la JAZ10 y retarda la degradación de esta proteína inducida por JA.