Análisis de la diversidad y genética de la caballa (Scomber colias, Gmelin, 1789) en Canarias y las zonas de influencia como metodología para contribuir en una gestión sostenible de las pesquerías

Diploma de Estudios Avanzados

Análisis de la diversidad genética de poblaciones naturales de especies vegetales amenazadas (Silene nocteolens (Caryophyllaceae) y Sorbus aria (Rosaceae)

[ES]La riqueza genética que nos ofrecen las poblaciones naturales de la flora en Canarias puede estar bajo riesgo. Con esto en mente, se desarrollaron marcadores moleculares (SSR) específicos para el análisis genético de Silene nocteolens, una planta herbácea que solo crece en el Teide; y Sorbus aria, 50 árboles que en Canarias están restringidos a Tenerife y La Palma. En S. nocteolens se encontró una gran variabilidad genética, poca diferenciación genética entre sus dos poblaciones y un bajo porcentaje autofecundación. En S. aria se reporta un carácter triploide, menor variabilidad genética en las muestras canarias que en las peninsulares y una diferenciación genética considerablemente alta.

Molecular techniques for gene characterization: iPCR for identification of the 5'UTR of the ODC gene in the red macroalga Grateloupia imbricata

Máster Oficial en Gestión Costera

Lactonas sesquiterpénicas de origen natural que inducen apoptosis y la activación de la vía MAPK en líneas celulares tumorales humanas

Programa de doctorado interdepartamental Obtención, Preparación y Evaluación Biológica de Fármacos de origen Marino y Terrestre

Caracterización molecular de variedades de vid ( Vitis vinifera L.) de calidad enológica por marcadores microsatelitales

Siete variedades de vid empleadas en Argentina para la elaboración de vinos de alta gama fueron caracterizadas molecularmente a través del empleo de microsatélites. Seis de los 8 pares de cebadores usados amplificaron patrones de bandas reproducibles. El número de alelos detectados por locus varió entre 5 y 10, con un total de 42 alelos, registrándose desde 1 a 7 alelos únicos. El número de genotipos microsatélites encontrados para cada locus osciló entre 3 y 7, con un total de 28. Las variedades Tempranillo y Chenin mostraron 6 y 5 genotipos «únicos», respectivamente, con los 6 loci analizados. La heterocigosidad observada varió entre 42,9 y 100 %, mientras que la heterocigosidad esperada osciló entre 64,3 y 87,8 %. El locus más informativo fue VrZAG79 (con un contenido de información polimórfica de 84,9 % y un número de alelos efectivos de 8,17) mientras que el menos informativo fue VrZAG62. La probabilidad acumulada de obtener genotipos idénticos fue de 7,68 x 10-05 indicando que, mediante el uso combinado de estos 6 cebadores microsatélites se pueden discriminar todas las variedades ensayadas, con alto grado de certeza. El análisis de agrupamiento por el método UPGMA separó claramente las variedades francesas (Merlot, Pinot Noir y Cabernet Sauvignon) y Syrah de los cepajes Tempranillo y Bonarda. Esta técnica podría ofrecerse como servicio a viveristas y productores vitícolas interesados en garantizar la identidad genética de sus materiales comercializados.

Estudio genético y molecular de la respuesta a la vernalización en zanahoria (Daucus carota L.)

La zanahoria es una planta bienal de estación fría que requiere de un período de vernalización para florecer. Sin embargo, algunos cultivares adaptados a zonas más cálidas requieren de menor vernalización y son clasificados como anuales o de floración temprana. El objetivo de esta tesis fue determinar la base genética e identificar los genes y/o regiones cromosómicas involucradas en los requerimientos de vernalización en la zanahoria. Para ello fueron evaluadas a campo familias segregantes F1, F2, F3, RC1 y RC2 obtenidas a partir de un cruzamiento entre una planta anual y una bienal. En base a los patrones de segregación observados se concluyó que la anualidad, o bajos requerimientos de vernalización, estaría determinada por un gen simple dominante. Al evaluar introducciones de zanahoria anuales y bienales de diversos orígenes geográficos y sus cruzamientos, se volvió a observar la total dominancia de la anualidad y se encontró variabilidad en el ciclo entre materiales anuales y entre materiales bienales. Utilizando un método molecular que se basa en similitud completa (BLAST), no se encontró en el genoma de la zanahoria secuencias homólogas al gen FLC, el cual juega un rol central en la respuesta a la vernalización en Arabidopsis y otras especies como las Brassicas. Mediante la técnica de mapeo se encontró una región cromosómica ligada a la respuesta a la vernalización en zanahoria. La misma se localizó en un grupo de ligamiento con 78 marcadores moleculares a una distancia de 0,69 cM y de 0,79 cM de los marcadores más cercanos. Este mapa servirá como base para el desarrollo de marcadores moleculares ligados al carácter y en un futuro para el mapeo físico y secuenciación de la región de interés utilizando una librería génica de BACs de zanahoria.

Estudio de la estructura genética espacial Ramorinoa Girolae (chica), una especie endémica de gran vulnerabilidad

Ramorinoa girolae Speg. (Fabaceae), comúnmente llamada “chica", es un árbol o arbusto xerófito y endémico de Argentina, considerado en peligro de extinción por su restringida distribución geográfica, lento crecimiento y poca resistencia al fuego. Para poder llevar a cabo un plan eficiente de manejo, conservación y restauración ecológica de esta especie es necesario evaluar su variabilidad genética y estructura genética espacial. En este trabajo se estimó la diversidad genética de una población de R. girolae ubicada en el Parque Provincial Ischigualasto, San Juan, y la similitud genética entre pares de individuos. Posteriormente se analizó la estructura genética espacial y su relación con variables morfométricas y ambientales. Se recolectaron 21 muestras biológicas de individuos localizados a lo largo de un cauce seco en la zona conocida como Mina de Cuarzo y su localización geográfica fue georreferenciada. Se obtuvo la altitud aproximada a partir de Google Earth. De los individuos muestreados se observaron variables orfológicas (diámetro basal de cada fuste, número de fustes y altura del árbol) y ambientales (distancia a cauces secos, granulometría del suelo y pendiente del terreno). Para el estudio genético se utilizó la técnica de AFLP, la cual permite generar un gran número de marcadores polimórficos. El análisis estadístico permitió calcular: la correlación entre el diámetro basal y la altura de los árboles, la diversidad genética, la similitud genética entre pares de muestras, las asociaciones entre todas las muestras y los factores que afectan a la estructura genética. El diámetro basal se correlacionó positivamente con la altura de los árboles (R2=0,51 y p=0,0002). No se registró individuos con diámetro basal menor a 10 cm y tampoco menores a 1 m de altura. Se encontró que esta población tiene una alta diversidad genética ya que el Índice de Polimorfismo (Pj) fue del 82,3%, lo cual podría deberse a que dicha población se encuentra en un área protegida sin deforestación. Además, la Diversidad Genética de Nei (He) resultó tener un valor medio (He=0,276) y el Índice de Uniformidad de la población calculado fue muy bajo (Uj=0,49). Los valores de similitud genética entre distintos individuos calculados mediante el coeficiente Dice variaron entre 0,73 y 0,93. Tomando como referencia la similitud genética resultante entre dos muestras obtenidas de los extremos de una misma planta (SG=0,99), se puede concluir que no se encontraron clones entre las muestras analizadas. El análisis clúster permitió identificar 4 grupos diferentes a lo largo del cauce, ordenados espacialmente. El análisis de correlación lineal entre las matrices de distancia genética y las de variables geográficas corroboraron la presencia de estructura genética espacial entre las plantas estudiadas. La incorporación de las variables ecológicas al análisis de correlación no mejoró en mayor medida la explicación de dicha estructura, a excepción de la pendiente, estrechemente relacionada con la altitud. Estos resultados sugieren que hay un importante aporte de variabilidad genética producto de la reproducción sexual en la población estudiada. Cabe remarcar que dicha población es la más numerosa y diversa del Parque Provincial Ischigualasto, lo que enfatiza la importancia de su conservación.

Caracterización genética de germoplasma de maní cultivado (Arachis hypogaea L.) mediante el empleo de marcadores microsatélites

El maní cultivado (Arachis hypogaea L.), es una especie de gran importancia económica, nativo de América del Sur. Se divide en dos subespecies y seis variedades botánicas. Genéticamente es alotetraploide, constituido por dos juegos genómicos duplicados. El empleo de marcadores microsatélites resulta más apropiado para realizar la caracterización genética de esta especie, puesto que permiten detectar un elevado nivel de polimorfismo. El objetivo del presente trabajo fue caracterizar la diversidad genética existente en las entradas de germoplasma de maní cultivado pertenecientes al Banco Activo de Germoplasma de Maní del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Veinticinco entradas fueron genotipificadas con 23 marcadores microsatélites, de los cuales, 17 resultaron polimórficos. Se observaron 75 fragmentos polimórficos amplificados, con un promedio de 4,41 alelos por locus y un rango de 1 a 9 alelos. El contenido de información polimórfica osciló entre 0,15 y 0,58. El valor de la diversidad genética promedio fue de 0,165. Tanto el análisis de conglomerados como el de coordenadas principales evidenciaron dos grupos, uno formado por los materiales representantes de la subespecie fastigiata y otro por los de la subespecie hypogaea. Los resultados del análisis molecular de la varianza mostraron varianza tanto dentro como entre, las subespecies analizadas.

Información molecular vs información genealógica en la gestión de poblaciones

Tanto en el campo de la conservación como en el de la mejora genética, se han propuesto diversos métodos para gestionar una población controlando la pérdida de diversidad genética. En poblaciones no subdivididas, el método aceptado es determinar la contribución de cada posible padre (i.e., el número de descendientes que cada individuo deja a la siguiente generación), minimizando el parentesco global de los padres ponderado por estas contribuciones (Meuwissen, 1997; Grundy et al., 1998; Fernández et al., 2003). Los coeficientes de parentesco se obtienen normalmente de la genealogía, y en dicho caso, se optimiza el parentesco global genealógico. Sin embargo, la información genealógica no está siempre disponible, en cuyo caso se pueden usar marcadores moleculares para calcular el parentesco molecular o estimar el parentesco genealógico (Toro et al., 2009). Así, cuando no se dispone de genealogías, se puede minimizar el parentesco molecular global o el parentesco global genealógico estimado con los marcadores. Fernández et al. (2005) estudiaron mediante simulaciones la capacidad de la información molecular de reemplazar a la información genealógica, y concluyeron que el uso exclusivo de información molecular era claramente insuficiente. En dicho estudio, los autores se basaron en un número limitado de marcadores microsatélites, del orden de decenas. En la actualidad, gracias a los métodos de secuenciación de última generación, disponemos de miles de marcadores de tipo SNP, lo que hace necesaria una revisión de aquellas investigaciones que concluían que la utilidad de la información molecular era limitada e inferior a la genealógica. En este estudio, reevaluamos vía simulaciones la capacidad de la información genómica de reemplazar a la información genealógica para mantener diversidad genética en programas de conservación, usando un número de SNPs en línea con los datos actualmente disponibles

Estructura de una red esencial de señalización que regula la homeostasis iónica en plantas

Las plantas son organismos sésiles que han desarrollado la capacidad para detectar variaciones sutiles en su ambiente y producir respuestas adaptativas mediante rutas de señalización. Los estímulos causados por el estrés biótico y abiótico son numerosos y dependiendo del tiempo de exposición y su intensidad, pueden reducir la tasa de crecimiento de las plantas y la producción. Los cambios en la concentración del calcio citosólico libre constituyen una de las primeras reacciones intracelulares a las situaciones de estrés abiótico. En esta situación, el calcio actúa como segundo mensajero y las variaciones en su concentración son descodificadas por proteínas de unión a calcio. Las más conocidas son las manos-EF y los dominios C2. Los dominios C2 han sido descritos como dominios de unión a lípidos dependientes de calcio. Estos dominios se consideran proteínas periféricas solubles en agua que se asocian de manera reversible a los lípidos de la membrana mediante una o dos regiones funcionales: el sitio de unión a calcio y el sitio polibásico. A pesar de que se conoce la estructura molecular de algunos dominios C2, se desconocen aspectos relacionados como las reglas que dirigen su forma de interaccionar con los diferentes fosfolípidos y proteínas, la posición que ocupan en la bicapa lipídica y su papel en la transmisión de señales. En esta tesis se ha estudiado una proteína de Arabidopsis thaliana (At3g17980) representativa de una nueva familia de proteínas con dominios C2, que consiste únicamente de un dominio C2. Esta proteína, llamada AtC2.1, ha sido clonada en el vector pETM11, expresada en E. coli y purificada a homogeneidad en dos pasos cromatográficos. Se obtuvieron cristales de AtC2.1 de buena calidad mediante técnicas de difusión de vapor. La proteína fue co-cristalizada con calcio, fosfocolina (POC) y el fosfolípido 1,2-dihexanoil-sn-glicero-3-fosfo-L-serina (PSF). Se recogieron ocho conjuntos de datos de difracción de rayos X empleando radiación sincrotrón. Los cristales difractaron hasta 1.6 Å de resolución. Siete de ellos pertenecían al grupo ortorrómbico P212121, con las dimensiones de la celdilla unidad a = 35.3, b = 88.9, c = 110.6 Å, y un cristal pertenecía al grupo espacial monoclínico C2, con a = 124.84, b = 35.27, c = 92.32 Å y = 121.70º. La estructura se resolvió mediante la técnica MR-SAD utilizando el cinc como dispersor anómalo. La estructura cristalina mostró que la molécula forma un dímero en el que cada protómero se pliega como un dominio C2 típico, con la topología tipo II y presenta una inserción de 43 aminoácidos que la diferencia de los dominios C2 conocidos. El mapa de densidad electrónica mostró dos átomos de calcio por protómero. Se resolvieron las estructuras de AtC2.1 en complejo con POC o PSF. En ambos complejos, el análisis cristalográfico detectó máximos de densidad electrónica en la región correspondiente al sitio polibásico formado por las hebras 2, 3 5 y el lazo 3. Éstos se interpretaron correctamente como dos moléculas de POC y un átomo de cinc, en un complejo, y como la cabeza polar del PSF en el otro. AtC2.1 define un sitio de interacción con lípidos dependiente de cinc. En conclusión, en este trabajo se presenta la estructura tridimensional de AtC2.1, miembro representativo de una familia de proteínas de Arabidopsis thaliana, identificadas como proteínas que interaccionan con los receptores de ABA. Estas proteínas están constituidas únicamente por un dominio C2. El análisis conjunto de los datos biofísicos y cristalográficos muestra que AtC2.1 es un sensor de calcio que une lípidos usando dos sitios funcionales. Estos datos sugieren un mecanismo de inserción en membrana dependiente de calcio que trae consigo la disociación de la estructura dimérica y, por consiguiente, un cambio en las propiedades de superficie de la molécula. Este mecanismo proporciona las bases del reconocimiento y transporte de los receptores de ABA y/o otras moléculas a la membrana celular. Plants are sessile organisms that have developed the capacity to detect slight variations of their environment. They are able to perceive biotic and abiotic stress signals and to transduce them by signaling pathways in order to trigger adaptative responses. Stress factors are numerous and, depending on their exposition time and their concentration, can reduce plant growth rate, limiting the productivity of crop plants. Changes in the cytosolic free calcium concentration are observed as one of the earliest intracellular reactions to abiotic stress signals. Calcium plays a key role as a second messenger, and calcium concentration signatures, called calcium signals, are decodified by calcium binding proteins. The main calcium binding structures are the EF-hand motif and the C2 domains. C2 domain is a calcium dependent lipid-binding domain of approximately 130 amino acids. C2 domain displays two functional regions: the Ca-binding region and the polybasic cluster. Both of them can interact with the membrane phospholipids. Despite the number of C2 domain 3D structures currently available, questions about how they interact with the different target phospholipids, their precise spatial position in the lipid bilayer, interactions with other proteins and their role in transmitting signals downstream, have not yet been explored. In this work we have studied an uncharacterized protein from Arabidopsis thaliana (At3g17980) consisting of only a single C2 domain, as member of a new protein C2-domain family. This protein called AtC2.1 was cloned into the pETM11 vector and expressed in E. coli, allowing the purification to homogeneity in two chromatographic steps. Good quality diffracting crystals were obtained using vapor-diffusion techniques. Crystals were co-crystalized with calcium; phosphocholine (POC) and/or the phospholipid 1,2-dihexanoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine (PSF). Eight data set were collected with synchrotron radiation. Crystals diffracted up to 1.6 Å resolution and seven of them belong to the orthorhombic space group P212121, with unit-cell parameters a = 35.3, b = 88.9, c = 110.6 Å. Another crystal was monoclinic, space group C2, with a = 124.84, b = 35.27, c = 92.32 Å and = 121.70º. The structural model was solved by MR-SAD using Zn2+ as anomalous scatterer. The crystal structure shows that the molecule is a dimer. Each monomer was folded as a canonical C2 domain with the topology II with a 43 residues insertion. The electron density map reveals two calcium ions per molecule. Structures of AtC2.1, complexed with POC and PSF, have been solved. Well-defined extra electron densities were found, in both complexes, within the concave surface formed by strands 2, 3, 5 and loop 3 of AtC2.1. These densities were clearly explained by the presence of the two POC molecules, one zinc atom and head groups of PSF, occupying the cavity of the polybasic site. AtC2.1 defines a new metal dependent lipid-binding site into the polybasic site. In conclusion, in this thesis it is presented the molecular structure of AtC2.1, a representative member of a family of Arabidopsis thaliana C2 domain proteins, of unknown function, but identified as a molecular interacting unit of the ABA receptors. The joint analyses of the biophysical and crystallographic data show that AtC2.1 is a calcium sensor that binds lipids in two sites and suggest a model of calcium-dependent membrane insertion mechanism that will involve either dimer dissociation or a strong rearrangement of the dimeric structure. This mechanism may be the basis for the recognition and delivery of ABA receptors or other protein molecules to cell membranes.

Molecular basis of salt tolerance in Physcomitrella Patens model plant: potassium homeostasis and physiological roles of chx transporters

El suelo salino impone un estrés abiótico importante que causa graves problemas en la agricultura ya que la mayoría de los cultivos se ven afectados por la salinidad debido a efectos osmóticos y tóxicos. Por ello, la contaminación y la escasez de agua dulce, la salinización progresiva de tierras y el aumento exponencial de la población humana representan un grave problema que amenaza la seguridad alimentaria mundial para las generaciones futuras. Por lo tanto, aumentar la tolerancia a la salinidad de los cultivos es un objetivo estratégico e ineludible para garantizar el suministro de alimentos en el futuro. Mantener una óptima homeostasis de K+ en plantas que sufren estrés salino es un objetivo importante en el proceso de obtención de plantas tolerantes a la salinidad. Aunque el modelo de la homeostasis de K+ en las plantas está razonablemente bien descrito en términos de entrada de K+, muy poco se sabe acerca de los genes implicados en la salida de K+ o de su liberación desde la vacuola. En este trabajo se pretende aclarar algunos de los mecanismos implicados en la homeostasis de K+ en plantas. Para ello se eligió la briofita Physcomitrella patens, una planta no vascular de estructura simple y de fase haploide dominante que, entre muchas otras cualidades, hacen que sea un modelo ideal. Lo más importante es que no sólo P. patens es muy tolerante a altas concentraciones de Na+, sino que también su posición filogenética en la evolución de las plantas abre la posibilidad de estudiar los cambios claves que, durante el curso de la evolución, se produjeron en las diversas familias de los transportadores de K+. Se han propuesto varios transportadores de cationes como candidatos que podrían tener un papel en la salida de K+ o su liberación desde la vacuola, especialmente miembros de la familia CPA2 que contienen las familias de transportadores KEA y CHX. En este estudio se intenta aumentar nuestra comprensión de las funciones de los transportadores de CHX en las células de las plantas usando P. patens, como ya se ha dicho. En esta especie, se han identificado cuatro genes CHX, PpCHX1-4. Dos de estos genes, PpCHX1 y PpCHX2, se expresan aproximadamente al mismo nivel que el gen PpACT5, y los otros dos genes muestran una expresión muy baja. La expresión de PpCHX1 y PpCHX2 en mutantes de Escherichia coli defectivos en el transporte de K+ restauraron el crecimiento de esta cepa en medios con bajo contenido de K+, lo que viii sugiere que la entrada de K+ es energizada por un mecanismo de simporte con H+. Por otra parte, estos transportadores suprimieron el defecto asociado a la mutación kha1 en Saccharomyces cerevisiae, lo que sugiere que podrían mediar un antiporte en K+/H+. La proteína PpCHX1-GFP expresada transitoriamente en protoplastos de P. patens co-localizó con un marcador de Golgi. En experimentos similares, la proteína PpCHX2-GFP localizó aparentemente en la membrana plasmática y tonoplasto. Se construyeron las líneas mutantes simples de P. patens ΔPpchx1 y ΔPpchx2, y también el mutante doble ΔPpchx2 ΔPphak1. Los mutantes simples crecieron normalmente en todas las condiciones ensayadas y mostraron flujos de entrada normales de K+ y Rb+; la mutación ΔPpchx2 no aumentó el defecto de las plantas ΔPphak1. En experimentos a largo plazo, las plantas ΔPpchx2 mostraron una retención de Rb+ ligeramente superior que las plantas silvestres, lo que sugiere que PpCHX2 promueve la transferencia de Rb+ desde la vacuola al citosol o desde el citosol al medio externo, actuando en paralelo con otros transportadores. Sugerimos que transportadores de K+ de varias familias están involucrados en la homeostasis de pH de orgánulos ya sea mediante antiporte K+/H+ o simporte K+-H+.ix ABSTRACT Soil salinity is a major abiotic stress causing serious problems in agriculture as most crops are affected by it. Moreover, the contamination and shortage of freshwater, progressive land salinization and exponential increase of human population aggravates the problem implying that world food security may not be ensured for the next generations. Thus, a strategic and an unavoidable goal would be increasing salinity tolerance of plant crops to secure future food supply. Maintaining an optimum K+ homeostasis in plants under salinity stress is an important trait to pursue in the process of engineering salt tolerant plants. Although the model of K+ homeostasis in plants is reasonably well described in terms of K+ influx, very little is known about the genes implicated in K+ efflux or release from the vacuole. In this work, we aim to clarify some of the mechanisms involved in K+ homeostasis in plants. For this purpose, we chose the bryophyte plant Physcomitrella patens, a nonvascular plant of simple structure and dominant haploid phase that, among many other characteristics, makes it an ideal model. Most importantly, not only P. patens is very tolerant to high concentrations of Na+, but also its phylogenetic position in land plant evolution opens the possibility to study the key changes that occurred in K+ transporter families during the course of evolution. Several cation transporter candidates have been proposed to have a role in K+ efflux or release from the vacuole especially members of the CPA2 family which contains the KEA and CHX transporter families. We intended in this study to increase our understanding of the functions of CHX transporters in plant cells using P. patens, in which four CHX genes have been identified, PpCHX1-4. Two of these genes, PpCHX1 and PpCHX2, are expressed at approximately the same level as the PpACT5 gene, but the other two genes show an extremely low expression. PpCHX1 and PpCHX2 restored growth of Escherichia coli mutants on low K+-containing media, suggesting they mediated K+ uptake that may be energized by symport with H+. In contrast, these genes suppressed the defect associated to the kha1 mutation in Saccharomyces cerevisiae, which suggest that they might mediate K+/H+ antiport. PpCHX1-GFP protein transiently expressed in P. patens protoplasts co-localized with a Golgi marker. In similar experiments, the PpCHX2-GFP protein appeared to localize to tonoplast and plasma x membrane. We constructed the ΔPpchx1 and ΔPpchx2 single mutant lines, and the ΔPpchx2 ΔPphak1 double mutant. Single mutant plants grew normally under all the conditions tested and exhibited normal K+ and Rb+ influxes; the ΔPpchx2 mutation did not increase the defect of ΔPphak1 plants. In long-term experiments, ΔPpchx2 plants showed a slightly higher Rb+ retention than wild type plants, which suggests that PpCHX2 mediates the transfer of Rb+ from either the vacuole to the cytosol or from the cytosol to the external medium in parallel with other transporters. We suggest that K+ transporters of several families are involved in the pH homeostasis of organelles by mediating either K+/H+ antiport or K+-H+ symport.