Evolución floral mediada por polinizadores. Evidencias a escala poblacional, interpoblacional e interespecífica. Pollinator mediated flower evolution at population, interpopulation and interspecific perspectives.

Identificación y caracterización del problema: El fenotipo floral puede explicarse como respuesta adaptativa a los polinizadores. Sin embargo, está también influido por otros procesos como aislamiento geográfico, contexto histórico, efectos ambientales así como limitaciones filogenéticas y de desarrollo. Aunque las presiones selectivas ejercidas por un grupo funcional de polinizadores es supuestamente una característica prevalente que subyace a la evolución floral y especiación en los estudios de la biología evolutiva de las flores, la evidencia sobre importancia de los polinizadores como fuerzas moldeadoras del fenotipo floral es escasa y equívoca. Hipótesis Los patrones de variación de caracteres florales relacionados al ajuste flor-polinizador son explicados por la selección contemporánea y pasada ejercida por los polinizadores más eficientes. Objetivos: Estudiar la influencia de los polinizadores y de otros procesos como aislamiento geográfico, contexto histórico, efectos ambientales así como limitaciones filogenéticas y de desarrollo, como fuerzas moldeadoras del fenotipo floral dentro y entre poblaciones de una misma especie, así como entre especies diferentes. Materiales y métodos: Se encarará el estudio de sistemas plantas-polinizador sobre cuyo funcionamiento tenemos conocimientos previos y resultados publicados con aproximaciones que resultaron exitosas en otros estudios realizados por nosotros o con aproximaciones que son novedosas en los estudios de estos sistemas. Se integrarán aproximaciones de morfometría clásica y geométrica, de análisis filogenético y filogeográfico, análisis de contrastes independientes, de modelado predictivo de nicho, de selección e integración fenotípica en distintas especies o grupos de especies. Resultados esperados Los estudios de selección fenotípica deberán servir para demostrar si caracteres claves en el ajuste flor-polinizador son contemporáneamente blanco de la selección natural, si similar selección pasada ha dejado su impronta en la estructura de covariación (integración) y si esos caracteres son heredables. A nivel inter-poblacional, se espera demostrar que esta variación geográfica en atributos florales está relacionada con el ensamble de polinizadores cambiantes, y que esta variación se reflejada en la estructura genética geográfica, y que distintos escenarios selectivos (históricos y ecológicos como distintos ensambles de polinizadores) tienen consecuencias en los patrones de selección contemporánea (selección fenotípica) o pasada (integración). A nivel inter-específico, sobre estos antecedentes se plantean dos posibles situaciones de estudio en especies de plantas filogenéticamente hermanas que conviven y que ya sea, que comparten la misma especie de abeja polinizadora o que presentan dos sistemas de polinización contrastantes (aves o abejas) y forman una zona híbrida. Importancia del proyecto: Poder responder preguntas relevantes sobre biología evolutiva tomando como modelo al efecto selectivo de polinizadores sobre distintas especie de plantas nativas del Córdoba y otras regiones del país. Por otro lado, el conocimiento de los sistemas planta/polinizador impacta sobre la conservación de interacciones, el sustento de la biodiversidad. Esto contribuiría a la elaboración de protocolos de conservación de especies nativas del país.

Desarrollo tecnológico de germoplasma a partir de plantas nativas ornamentales: los casos de Glandularia y Solidago. Technological development of native ornamental germoplasm: the cases of Solidago and Glandularia genera.

Un importante número de especies ornamentales que se cultivan en el mundo derivan de germoplasma Sudamericano. El uso de Recursos Genéticos nativos para el desarrollo de plantas ornamentales ha sido escasamente explotado en Argentina, por lo que el país no ha tenido beneficio alguno. El sector depende de variedades desarrolladas en el exterior lo que implica el pago de regalías inclusive para el caso de variedades derivadas de especies nativas argentinas. Las poblaciones naturales (distintas especies de Glandularia, distintos ecotipos de Solidago) presentan, una considerable variabilidad en distintos caracteres vegetativos y reproductivos que les permiten sobrevivir en ambientes con distintas condiciones climáticas, edáficas, bióticas, etc. Es por ello que, a partir de dicha variabilidad existente en las poblaciones naturales, será posible seleccionar individuos con caracteres de alto valor ornamental. Si bien el valor ornamental de los géneros Glandularia y Solidago es reconocido, no se han realizado avances en el conocimiento de su biología floral o su potencialidad para generar variabilidad en el país, aunque se conoce el éxito económico de las variedades comerciales desarrolladas en el exterior. Los objetivos del presente proyecto serán lograr avances en la obtención de variedades ornamentales o clones noveles a partir de especies nativas a través de la selección de genotipos superiores e hibridaciones interespecíficas en Glandularia y la domesticación, caracterización y selección de clones superiores y/o noveles en Solidago. La metodología para lograr dichos objetivos será: recolección de germoplasma en zonas de distribución, identificación taxonómica, domesticación, caracterización y mejoramiento genético clásico. Los resultados obtenidos permitirán determinar la aptitud combinatoria de las especies del género Glandularia, como así también aportar elementos científicos básicos para encarar futuros trabajos de mejoramiento, entre ellos, se deberá poder identificar las barreras a la hibridación interespecífica (pre o post cigóticas). Estos conocimientos resultan básicos e indispensables en el momento de establecer estrategias racionales para la superación de las barreras a la hibridación. En el género Solidago, los resultados obtenidos son permitirán establecer una base genética lo suficientemente amplia como para establecer los lineamientos necesario para el logro de nuevas variedades ornamentales. A partir de este proyecto se podrá disponer de material con distintos grados de desarrollo: colecciones de los géneros Glandularia y Solidago caracterizadas, domesticadas y materiales avanzados en el mejoramiento. Estos productos contribuirán al mayor conocimiento de la flora nativa ornamental, colaborarán con la sustentabilidad del sistema agroecológico, permitirán la formación de recursos humanos, el fortalecimiento del grupo y su integración con el sector productivo.

Estudios evolutivos en especies de plantas nativas.

Se indagará principalmente acerca del rol de los procesos neutrales, como la deriva génica, de procesos selectivos, como la selección natural mediada por polinizadores y de procesos históricos (geológicos y climáticos del pasado) en la diversificación floral tanto a escala microevolutiva como macroevolutiva. La heterogeneidad ambiental que se presenta en amplios rangos geográficos puede promover la diferenciación entre poblaciones debido a las diferencias en condiciones físicas y biológicas. De esta manera, especies ampliamente distribuidas ofrecen la oportunidad de explorar la dinámica de los procesos evolutivos que tienen lugar a nivel interpoblacional (Dobzhansky 1970, Thompson 1999). El estudio comparativo entre especies hermanas permite comprender cómo la selección natural (adaptación) y la inercia filogenética (herencia ancestral) han modelado los rasgos de las especies que observamos en la actualidad (Díaz 2002, Schluter 2000, Futuyma 2005). Uno de los usos más importantes de la información filogenética es el de reconstruir la historia del cambio evolutivo en caracteres adaptativos mediante su mapeo en la filogenia y la reconstrucción del estado de estos caracteres en el ancestro. Así, la asociación entre transición de caracteres y transiciones en grupos funcionales es una evidencia directa de la hipótesis adaptativa de que los rasgos son seleccionados por grupos funcionales de polinizadores. Una aproximación filogenética puede permitir identificar la dirección y el tiempo de evolución. Todos estos aspectos señalan la necesidad de adoptar una perspectiva conceptualmente integrada (morfológica, genética, filogenética, filogeográfica y ecológica) en el estudio de la biología evolutiva de las flores. Estudiar como actúan los procesos micro- y macroevolutivos en las interacciones planta-polinizador, en una dimensión espacial y temporal, arrojará resultados importantes tanto en el campo teórico como en el de la conservación. Por una parte, permitirá poner a prueba hipótesis relevantes sobre la adaptación de caracteres, mientras que explorará los procesos evolutivos que subyacen a las tramas de las interacciones planta-polinizador; por otro lado, comprender el rol de los cambios climáticos pasados en la diversificación biológica es interesante tanto desde una aproximación evolutiva como desde la biología de la conservación (Avise 2000; Moritz et al. 2000; Petit et al. 2003; Hewitt 2004). Géneros a ser estudiados en este proyecto: 1- Anarthrophyllum (Fabaceae,15 spp), 2- Monttea (Plantaginaceae, 3 spp), 3- Caleolaria (Calceolariaceae 3 spp), 4- Centris (Apidae, 1 spp), 5- Jaborosa (Solanaceae, 23 spp). Metodología: Mapeado de las poblaciones. Elenco de polinizadores, frecuencia. Obtención y medición de caracteres fenotípicos florales. Néctar: concentración y vol. Aceites (peso); Morfometría geométrica (Zelditch et al. 2005). Éxito reproductivo (Dafni & Kevan 2003). Caracteres genéticos: extracción, amplificación y secuenciación: en Calceolaria se utilizarán 2 genes de cloroplasto trnH-psbA y trnS-trnG y genes anónimos nucleares de copia única (scnADN), para Jaborosa se utilizarán 3 genes de cloroplasto (trnH-psbA, TrnD-trnT y ndhF-rp32) y el gen nuclear GBSSI waxy. Finalmente para Centris cineraria se usaría el tRNA ILE y NADH Deshidrogenada subunidad 2. Análisis filogenéticos de parsimonia (Goloboff et al. 2000, Kitching et al. 1998, Nixon 2002, Farris et al. 1996, Sorenson 1999); Filogeografía: reconstrucción de redes por parsimonia (Clement et al. 2000; Posada et al. 2000), análisis de clados anidados (NCPA). Se usarán las claves de inferencia (Templeton 2004). Para todos estos análisis se utilizarán los siguientes programas: DnaSP, Network, Arlequin, MrBayes, Paup, ModelTest, Beast, TNT, WinClada TCS y GeoDis. Estadística multivariada: Los diferentes rasgos florales mencionados se analizarán utilizando distancias de Gower (datos cualitativos) y euclídeas (datos cuantitativos) mediante la técnica multivariada ACoP.

Mecanismo de interacción, calcio dependiente, entre Calcineurina y PERK, involucrado en el Estrés de Retículo Endoplásmico. Ca2+ -dependent mechanism of interaction between Calcineurin and PERK involved in Endoplasmic Reticulum Stress.

El Estrés de Retículo Endoplásmico (RE) es inducido por la acumulación de proteínas sin plegar en el lumen de la organela. Esto se puede observar en diversas situaciones fisio-patológicas como durante una infección viral o en proceso isquémico. Además, contribuye a la base molecular de numerosas enfermedades ya sea índole metabólico (Fibrosis quística o Diabetes Miellitus) o neurodegenerativas como mal de Alzheimer o Parkinson (Mutat Res, 2005, 569). Para restablecer la homeostasis en la organela se activa una señal de transducción (UPR), cuya respuesta inmediata es la atenuación de la síntesis de proteína debido a la fosforilación de subunidad alpha del factor eucariótico de iniciación de translación (eIF2α) vía PERK. Esta es una proteína de membrana de RE que detecta estrés. Bajo condiciones normales, PERK está inactiva debido a la asociación de su dominio luminar con la chaperona BIP (Nat Cell Biol, 2000, 2: 326). Frente a una situación de estrés, la chaperona se disocia causando desinhibición. Recientemente, (Plos One 5: e11925) se observó, bajo condiciones de estrés, un aumento de Ca2+ citosólico y un rápido incremento de la expresión de calcineurina (CN), una fosfatasa citosólica dependiente de calcio, heterodimérica formada por una subunidad catalítica (CN-A) y una regulatoria (CN-B). Además, CN interacciona, sin intermediarios, con el dominio citosólico de PERK favoreciendo su trans-autofosforilación. Resultados preliminares indican que, astrocitos CNAβ-/- exhibieron, en condiciones basales, un mayor número de células muertas y de niveles de eIF2α fosforilado que los astrocitos CNAα-/-. Hipótesis: CNAβ/B interacciona con PERK cuando el Ca2+ citosólico esta incrementado luego de haberse inducido Estrés de RE, lo cual promueve dimerización y auto-fosforilación de la quinasa, acentuándose así la fosforilación de eIF2α e inhibición de la síntesis de proteínas. Esta activación citosólica de PERK colaboraría con la ya descrita, desinhibición luminal llevada cabo por BIP. Cuando el Ca2+ citosólico retorna a los niveles basales, PERK fosforila a CN, reduciendo su afinidad de unión y disociándose el complejo CN/PERK. Objetivo general: Definir las condiciones por las cuales CN interacciona con PERK y regula la fosforilación de eIF2α e inhibición de la síntesis de proteína. Objetivos específicos: I-Estudiar la diferencia de afinidades y dependencia de Ca2+, de las dos isoformas de CN (α y β) en su asociación con PERK. Además verificar la posible participación de la subunidad B de CN en esta interacción. II-Determinar si la auto-fosforilación de PERK es diferencialmente regulada por las dos isoformas de CN. III-Discernir la relación del estado de fosforilación de CN con su unión a PERK. IV-Determinar efectos fisiológicos de la interacción de CN-PERK durante la respuesta de Estrés de RE. Para llevar a cabo este proyecto se realizarán experimentos de biología molecular, interacción proteína-proteína, ensayos de fosforilación in vitro y un perfil de polisoma con astrocitos CNAβ-/- , CNA-/- y astrocitos controles. Se espera encontrar una mayor afinidad de unión a PERK de la isoforma β de CN y en condiciones donde la concentración de Ca2+ sea del orden micromolar e imite niveles del ión durante un estrés. Con respecto al estado de fosforilación de CN, debido a los resultados preliminares, donde solo se la encontró fosforilada en condiciones basales, se piensa que CN podría interactuar con mayor afinidad con PERK cuando CN se encuentre desfosforilada. Por último, se espera encontrar un aumento de eIF2α fosforilado y una acentuación de la atenuación de la síntesis de proteína como consecuencia de la mayor activación de PERK por su asociación con la isoforma β de CN en astrocitos donde el Estrés de RE se indujo por privación de oxigeno y glucosa. Estos experimentos permitirán avanzar en el estudio de una nueva función citoprotectora de CN recientemente descrita por nuestro grupo de trabajo y sus implicancias en un modelo de isquemia. The accumulation of unfolded proteins into the Endoplasmic Reticulum (ER) activates a signal transduction cascade called Unfolding Protein Response (UPR), which attempts to restore homeostasis in the organelle. (PKR)-like-ER kinase (PERK) is an early stress response transmembrane protein that is generally inactive due to its association with the chaperone BIP. During ER stress, BIP is tritrated by the unfolded protein, leading PERK activation and phosphorylation of eukaryotic initiation factor-2 alpha (eIF2alpha), which attenuates protein síntesis. If ER damage is too great and homeostasis is not restored within a certain period of time, an apoptotic response is elicited. We recently demonstrated a cytosolic Ca2+ increase in Xenopus oocytes after induce ER stress. Moreover, calcineurin A/B, a an heterotrimeric Ca2+ dependent phosphatases (CN-A/B), associates with PERK increasing its auto-phosphorylation and significantly enhancing cell viability. Preliminary results suggest that, CN-Aβ-/- knockout astrocytes exhibit a significant higher eIF2α phosphorylated level compared to CN-Aα-/- astrocytes. Our working hypothesis establishes that: CN binds to PERK when cytosolic Ca2+ is initially increased by ER stress, promoting dimerization and autophosphorylation, which leads to phosphorylation of elF2α and subsequently attenuation of protein translation. When cytosolic Ca2+ returns to resting levels, PERK phosphorylates CN, reducing its binding affinity so that the CN/PERK complex dissociates. The goal of this project is to determine the conditions by which CN binding to PERK attenuates protein translation during the ER stress response and subsequently, to determine how the interaction of CN with PERK is terminated when stress is removed. To perform this project is planed to do molecular biology experiments, pull down assays, in vitro phosphorylations and assess overall mRNA translation efficiency doing a polisome profile.

Dinámica poblacional de Streptococcus mutans en niños de edad escolar de la provincia de Córdoba. Population dynamics of Streptococcus mutans in school age children in the province of Córdoba

La caries dental es una enfermedad infecciosa, crónica y trasmisible, que se caracteriza por la desmineralización de los tejidos duros del diente, producida por la acción de los ácidos resultantes de la actividad metabólica del biofilm desarrollado sobre los dientes. Si bien, la etiología de la caries sería polimicrobiana, los estreptococos del grupo mutans son señalados como los principales protagonistas en el inicio de la lesión cariosa. En la pared celular se destacan proteínas que participan en procesos de adhesión, agregación y co-agregación, además de polisacáridos que muestran distintas especificidades antigénicas, lo que permite distinguir cuatro serotipos: c, e, f y k. Es escasa la información de las características antigénicas de las cepas circulantes de estreptococos del grupo mutans y se desconoce la relación de las mismas con la actividad de caries. En este estudio nuestros objetivos son identificar y caracterizar fenotípica y genotípicamente las cepas de estreptococos del grupo mutans circulantes en la provincia de Córdoba. La población de estudio estará constituida por escolares, urbano–marginales de la capital y del interior de la provincia. Se determinarán los serotipos de las mismas a través de de amplificaciones por PCR de tipo multiplex y luego se secuenciarán 8 genes a través de la técnica de tipado multilocus, con el fin de realizar estudios de sistemática molecular, y de estimar la estructura genética de S. mutans. Una vez que se hayan caracterizado los patrones de diversidad y distribución geográfica de S. mutans del centro de Argentina, se intentará dilucidar cómo se relacionan la diversidad genética con la experiencia de caries de los niños del estudio. Se analizarán de forma conjunta nuestros resultados con los publicados por otros autores. De esta forma se logrará una mejor comprensión de los factores históricos y ecológicos que han moldeado su distribución y aportar conocimientos a la sistemática del grupo “mutans” en relación a otras bacterias del género Streptococcus. Dental caries is an infectious, chronic and transmissible disease, characterized by demineralization of the hard tissues of the teeth, produced by the action of acids resulting from the metabolic activity of biofilm developed on the teeth. Although the etiology of caries would be polymicrobial, the streptococci of the mutans group are identified as the major responsible in the initiation of the carious lesion. In the cell wall there are proteins involved in adhesion, aggregation and co-aggregation processes, as well as polysaccharides that present different antigenic specificities, which allow the distinction of four serotypes c, e, f and k. There is little information about the antigenic characteristics of the Streptococcus mutans strains and the relationship of those characteristics with the caries activity is unknown. In the present study our goals are to identify and characterize the phenotypic and genotypic strains of streptococci of the mutans group circulating in the province of Cordoba. The study population will consist of urban and rural scholar children from Cordoba city and from the interior of the province. In order to study the molecular systematic, and the genetic structure of S. mutans, different serotypes will be determined by multiplex PCR amplifications and eight genes will be sequenced by using the multilocus typing technique. Once the diversity and the geographical distribution patterns of S. mutans from the center of Argentina is characterized, we will attempt to clarify how the genetic diversity is related with the caries experience in the children of the study. Our results will be analyzed together with those published by other authors. This will achieve a better understanding of the historical and ecological factors that shaped the bacteria’s distribution and will contribute to the knowledge of the systematic of the mutans group in relation to other bacteria of the genus Streptococcus.