Regulación de la hidratación y la turgencia foliares por mecanismos evitadores del estrés, y resistencia a déficit hídrico en vid

El transporte del agua en las plantas es impulsado por diferencias de energía libre entre el suelo y la atmósfera, y está regulado por mecanismos biológicos evitadores, como el cierre estomático. La hidratación y la turgencia foliares resultan del equilibrio entre ΨL del apoplasto, el potencial osmótico del simplasto y la elasticidad de los tejidos. Sobre esta base se conjeturó que las interacciones de los mecanismos evitadores del estrés hídrico de la planta tienen un rol clave en la definición de su resistencia a déficit hídrico. Para probar esta hipótesis se construyó un modelo mecanístico basado en las leyes del flujo de savia de Van de Honert, de difusión de Fick, de elasticidad de Hooke, la ecuación de Gardner para el flujo del agua en la rizósfera y el modelo de conductancia estomática (gs) de Buckley. Mediante el modelo se demostró teóricamente que la hidratación y la turgencia foliares dependen de la oferta de agua edáfica (representada por el potencial hídrico del suelo) y de la demanda evaporativa de la atmósfera (representada por la radiación absorbida, la temperatura del aire, la velocidad del viento y el déficit de presión de vapor de la atmósfera). También que los mecanismos evitadores del estrés hídrico -i.e., conductancia hidráulica de la planta, conductancia estomática, elasticidad del tejido y potencial osmótico a turgencia máxima- son todos necesarios para determinar la hidratación y la turgencia foliares. El modelo también demostró que la conductancia hidráulica suelo-hoja (kL) depende de la fracción de agua edáfica transpirable (FTSW) con un patrón de decaimiento sigmoide, a medida que el suelo se seca. Esto implica que las variables que dependen en parte de kL (i.e., gs, transpiración, fotosíntesis y superficie foliar) también dependen de FTSW con el mismo patrón. El modelo se probó experimentalmente a distintos niveles de humedad edáfica (desde déficit hídrico nulo, hasta severo) en cinco variedades de vid y mostró un poder predictivo superior al 90%. En todas las variedades las gs se asociaron linealmente con las kL observadas, al considerar todas las situaciones de déficit hídrico en conjunto, si bien la pendiente de estas relaciones fueron distintas en cada variedad. La contrastación experimental mostró que, en una escala de tiempo de varios meses, las variedades más evitadoras -i.e., Grenache y Cereza- mantuvieron mayor kL, ajuste osmótico y rigidez de los tejidos y una menor pendiente de la relación de gs vs. kL, que las variedades menos evitadoras -i.e., Malbec y Syrah-. La menor pendiente de la relación entre gs y kL, en las variedades más evitadoras, estuvo asociada a una mayor cantidad de estomas, en relación con la cantidad de células epidérmicas. Los variedades más evitadoras bajo déficit hídrico moderado -i.e., con una fracción de agua edáfica transpirable entre 0,6 y 0,4- tuvieron mayor superficie foliar y produjeron más biomasa, favoreciendo raíces profundas y densas, y ahorrando agua. Chardonnay mantuvo una alta hidratación y turgencia a expensas de un alto gasto de agua debido a que privilegiaba una alta kL por sobre el ajuste estomático, por lo que no podría considerarse en forma estricta como muy evitadora.

Efecto del estrés hídrico en tallos de álamos y discos de hojas colonizados por Septoria musiva

En Mendoza, el cultivo del álamo representa la actividad forestal de mayor importancia dentro de los bosques cultivados bajo riego. La superficie cultivada con estos se estima que alcanza aproximadamente unas 16.000 ha incluyendo las plantaciones en macizo y las plantaciones en línea o cortinas. El microorganismo patógeno Septoria musiva es el agente causal de una de las enfermedades con mayor influencia en la cantidad y calidad de la madera producida por los álamos, el cual se manifiesta produciendo manchas foliares y cancros en troncos y ramas. El sitio y las condiciones meteorológicas adversas, y así como otros agentes de estrés, tales como plagas de insectos, pueden aumentar la incidencia y severidad de la infección por uno o más patógenos. Durante las últimas décadas, los daños causados por estrés hídrico en álamos se están incrementando en varios países, produciendo decaimiento de árboles, ataque de parásitos oportunistas y muerte de plantas. Considerando la importancia del cultivo de álamos en Mendoza y a nivel nacional, sumado al hecho que Septoria musiva es un patógeno endémico en la región provocando grandes pérdidas económicas, el objetivo de este trabajo fue determinar el efecto del estrés hídrico en la colonización de tallos y hojas de clones de Populus spp. inoculados por Septoria musiva. Los clones de álamo Harvard y Conti-12 fueron sometidos a tres niveles de estrés hídrico en invernadero (lámina de reposición del 90, 70, 50 % del agua disponible). Luego la mitad de las plantas de cada clon fueron inoculadas con un aislado de Septoria musiva y la otra mitad fueron utilizadas como testigos. La respuesta al patógeno se midió 95 días después, como longitud promedio de cancro y porcentaje promedio del perímetro del tallo afectado por la lesión. Los valores para estas variables fueron mayores cuando aumento el nivel de estrés hídrico para ambos clones. También se llevó a cabo un ensayo de disco de hojas, utilizando hojas de las plantas sometidas a los diferentes niveles de estrés. Estos fueron colocados en cajas de Petri e inoculados con Septoria musiva y sus respectivos testigos con agua estéril. Los clones mostraron una respuesta diferencial al estrés hídrico. En Harvard el porcentaje promedio de área necrótica en hojas aumentó cuando el agua disponible para la planta fue mayor, en cambio en el Clon Conti-12 sucedió lo contrario. Esta investigación aporta información valiosa para el manejo de la salud de las plantaciones forestales de álamo. La información generada en este trabajo resulta de máxima utilidad para los productores, los cuales deberían tomar los recaudos necesarios en el manejo del agua en las plantaciones de modo de disminuir el efecto del estrés hídrico. Situación ésta que puede provocar aumento de la susceptibilidad a la enfermedad por parte de las plantas. Este conocimiento permitirá a los productores maximizar los beneficios del cultivo y reducir al mínimo el riesgo a cancrosis.

Cartografía de QTL asociados a la tolerancia a estrés hídrico en frijol común (Phaseolus vulgaris L.)

Phaseolus vulgaris L. (frijol común o judía) es una leguminosa de gran demanda para la nutrición humana y un producto agrícola muy importante. Sin embargo, la producción de frijol se ve limitada por presiones ambientales como la sequía. En México, el 85% de la cosecha de frijol se produce en la temporada de primavera-verano, principalmente en las regiones del altiplano semiárido con una precipitación anual entre 250 y 400 mm. A pesar del implemento de tecnología en el campo, los factores naturales impiden al agricultor llegar a los rendimientos deseados. El Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), como instituto de investigación gubernamental en México, tiene como objetivo la mejora de cultivos estratégicos, uno de ellos, P. vulgaris. Los estudios en relación a la sequía se enfocan especialmente en la selección de genotipos tolerantes, los cuales son sometidos en condiciones de estrés y monitoreando parámetros como el rendimiento y peso de semilla, además de algunos indicadores tales como índice de cosecha. El resultado de estos trabajos ha sido la obtención de variedades con mayor tolerancia a la sequía, tales como Pinto Villa y Pinto Saltillo. En los últimos años se ha avanzado notablemente en el conocimiento de las bases moleculares en las respuestas de las plantas al estrés. De acuerdo a diversos estudios se ha demostrado que las plantas bajo estrés por sequía experimentan cambios en la expresión de genes involucrados en la señalización, regulación de la transcripción y la traducción, transporte de agua y la función directa en la protección celular. También se ha observado que el déficit de agua es causado por las temperaturas extremas y la alta concentración de sales, por lo que al nivel molecular, las respuestas al estrés tienen puntos de especificidad y puntos de entrecruzamiento. La sequía puede generar estreses secundarios, tales como el nutricional, oxidativo y osmótico. Sin embargo, es necesario identificar y caracterizar muchos de los componentes involucrados en las respuestas al déficit hídrico, la caracterización de estos genes permitirá tener una mejor comprensión de los mecanismos bioquímicos y fisiológicos involucrados en la tolerancia al estrés. Actualmente, con el apoyo de la biología molecular se han identificado algunos genes que otorgan ventajas para la adaptación a ambientes desfavorables. Por lo que el objetivo del presente trabajo es identificar marcadores genéticos asociados a rasgos fenotípicos con énfasis a la tolerancia a estrés hídrico en P. vulgaris. Una vez establecidos los marcadores asociados al estrés hídrico, es factible considerar su uso para la selección asistida por marcadores en líneas o variedades de frijol de interés para los mejoradores. Se evaluaron 282 familias F3:5 derivadas de la cruza entre los cultivares Pinto Villa y Pinto Saltillo. Las familias se sembraron bajo un diseño simple de látice 17x17, el experimento se llevo acabo en el ciclo primavera-verano del 2010 y 2011, y otoñoinvierno de 2010 en el Campo Experimental Bajío del INIFAP con dos repeticiones para cada tratamiento de humedad (riego completo y sequía terminal). En todos los genotipos se realizó el fenotipado (variables fenotípicas) y el genotipado a través de marcadores moleculares. Los análisis estadísticos se basaron en el análisis de componentes principales (Eigen Analysis Selection Index Method, ESIM), la asociación entre marcadores SNP y el fenotipado (paquete SNPassoc para R) y el análisis de varianza (ANOVA). Los valores ESIM mostraron que las variables de Rendimiento, Días a floración, Días a madurez fisiológica e Índice de cosecha fueron sobresalientes en sequía terminal, por lo que se sugieren tomarse en consideración para los estudios de sequía en P. vulgaris como monitores de evaluación a la resistencia. Se identificaron nueve familias sobresalieron por sus valores ESIM (PV/PS6, 22, 131, 137, 149, 154, 201, 236 y 273), además de presentar valores superiores para el rendimiento en comparación con los parentales. Estos genotipos son candidatos interesantes para realizar estudios de identificación de loci asociados con la respuesta al estrés, y como potenciales parentales en el desarrollo de nuevas variedades de frijol. En los análisis de asociación SNPassoc se identificaron 83 SNPs significativos (p<0,0003) asociados a los rasgos fenotípicos, obteniendo un total de 222 asociaciones, de las cuales predomina el modelo genético de codominancia para las variables Días a floración, Periodo reproductivo y Biomasa total. Treinta y siete SNPs se identificaron a diferentes funciones biológicas a través del análisis de anotación funcional, de los cuales 12 SNPs (9, 18, 28, 39, 61, 69, 80, 106, 115, 128, 136 y 142) sobresalen por su asociación al fenotipado, y cuya anotación funcional indica que se encuentran en genes relacionados a la tolerancia a la sequía, tales como la actividad kinasa, actividad metabólica del almidón, carbohidratos y prolina, respuesta al estrés oxidativo, así como en los genes LEA y posibles factores de transcripción. En el caso de los análisis ANOVA, se identificaron 72 asociaciones entre los SNPs y las variables fenotípicas (F< 3,94E-04). Las 72 asociaciones corresponden a 30 SNPs y 7 variables fenotípicas, de las que predomina Peso de 100 semillas y Periodo reproductivo. Para los rasgos de Rendimiento, Índice de cosecha y Días a madurez fisiológica se presentaron asociaciones con seis SNPs (17, 34, 37, 50, 93 y 107), de los cuales, a los SNP37 y SNP107 fueron identificados a la anotación biológica de protein binding. Por otro lado, los SNP106 y SNP128 asociados al Periodo reproductivo, son genes con actividad kinasa y actividad metabólica del almidón, respectivamente. Para los marcadores tipo AFLP, se identificaron 271 asociaciones (F<2,34E-04). Las asociaciones corresponden a 86 AFLPs con todas las variables fenotípicas evaluadas, de las que predomina peso de 100 semillas, Días a floración y Periodo reproductivo. Debido a que los en los AFLPs no es posible determinar su anotación biológica, se proponen como marcadores potenciales relacionados a la resistencia a la sequía en frijol. Los AFLPs candidatos requieren más estudios tales como la secuenciación de los alelos respectivos, así como la identificación de éstas secuencias en el genoma de referencia y su anotación biológica, entre otros análisis, de esta manera podríamos establecer aquellos marcadores candidatos a la validación para la selección asistida. El presente trabajo propone tanto genotipos como marcadores genéticos, que deben ser validados para ser utilizados en el programa de mejoramiento de P. vulgaris, con el objetivo de desarrollar nuevas líneas o variedades tolerantes a la sequía. ABSTRACT Phaseolus vulgaris L. (common bean or judia) is a legume of great demand for human consumption and an important agricultural product. However, the common bean production is limited by environmental stresses, such as drought. In Mexico, 85% of the common bean crop is produced in the spring-summer season mainly in semiarid highland regions with a rainfall between 250 and 400 mm per year. In spite of the improvement of crop technology, the natural factors hamper getting an optimal yield. The National Institute for Forestry, Agriculture and Livestock (INIFAP) is a government research institute from Mexico, whose main objective is the genetic breeding of strategic crops, like P. vulgaris L. The drought tolerance studies particularly focus on the selection of bean tolerant genotypes, which are subjected to stress conditions, by means of monitoring parameters such as yield and seed weight, plus some agronomic indicators such as harvest index. The results of these works have led to obtain cultivars with higher drought tolerance such as Pinto Villa and Pinto Saltillo. Significant achievements have been recently made in understanding the molecular basis of stress plant responses. Several studies have shown that plants under drought stress present changes in gene expression related to cell signalling, transcriptional and translational regulation, water transport and cell protection. In addition, it has been observed that the extreme temperatures and high salt concentrations can cause a water deficiency so, at the molecular level, stress responses have specific and crossover points. The drought can cause secondary stresses, such as nutritional, oxidative and osmotic stress. It is required the identification of more components involved in the response to water deficit, the characterization of these genes will allow a better understanding of the biochemical and physiological mechanisms involved in stress tolerance. Currently, with the support of molecular biology techniques, some genes that confer an advantage for the crop adaptation to unfavourable environments have been identified. The objective of this study is to identify genetic markers associated with phenotypic traits with emphasis on water stress tolerance in P. vulgaris. The establishment of molecular markers linked to drought tolerance would make possible their use for marker-assisted selection in bean breeding programs. Two hundred and eighty two F3:5 families derived from a cross between the drought resistant cultivars Pinto Villa and Pinto Saltillo were evaluated. The families were sowed under a 17x17 simple lattice design. The experiment was conducted between spring-summer seasons in 2010 and 2011, and autumn-winter seasons in 2010 at the Bajio Experimental Station of INIFAP with two treatments (full irrigation and terminal drought). All families were phenotyped and genotyped using molecular markers. Statistical analysis was based on principal component analysis (Eigen Analysis Selection Index Method, ESIM), association analysis between SNP markers and phenotype (SNPassoc package R) and analysis of variance (ANOVA). The ESIM values showed that seed yield, days to flowering, days to physiological maturity and harvest index were outstanding traits in terminal drought treatment, so they could be considered as suitable parameters for drought-tolerance evaluation in P. vulgaris. Nine outstanding families for the ESIM values were identified (PV/PS6, 22, 131, 137, 149, 154, 201, 236 and 273), in addition, these families showed higher values for seed yield compared to the parental cultivars. These families are promising candidates for studies focused on the identification of loci associated to the stress response, and as potential parental cultivars for the development of new varieties of common bean. In the SNPassoc analysis, 83 SNPs were found significantly associated (p<0.0003) with phenotypic traits, obtaining a total of 222 associations, most of which involved the traits days to flowering, reproductive period and total biomass under a codominant genetic model. The functional annotation analysis showed 37 SNPs with different biological functions, 12 of them (9, 18, 28, 39, 61, 69, 80, 106, 115, 128, 136 and 142) stand out by their association to phenotype. The functional annotation suggested a connection with genes related to drought tolerance, such as kinase activity, starch, carbohydrates and proline metabolic processes, responses to oxidative stress, as well as LEA genes and putative transcription factors. In the ANOVA analysis, 72 associations between SNPs and phenotypic traits (F<3.94E- 04) were identified. All of these associations corresponded to 30 SNPs markers and seven phenotypic traits. Weight of 100 seeds and reproductive period were the traits with more associations. Seed yield, harvest index and days to physiological maturity were associated to six SNPs (17, 34, 37, 50, 93 and 107), the SNP37 and SNP107 were identified as located in protein binding genes. The SNP106 and SNP128 were associated with the reproductive period and belonged to genes with kinase activity and genes related to starch metabolic process, respectively. In the case of AFLP markers, 271 associations (F<2.34E-04) were identified. The associations involved 86 AFLPs and all phenotypic traits, being the most frequently associated weight of 100 seeds, days to flowering and reproductive period. Even though it is not possible to perform a functional annotation for AFLP markers, they are proposed as potential markers related to drought resistance in common bean. AFLPs candidates require additional studies such as the sequencing of the respective alleles, identification of these sequences in the reference genome and gene annotation, before their use in marker assisted selection. This work, although requires further validation, proposes both genotypes and genetic markers that could be used in breeding programs of P. vulgaris in order to develop new lines or cultivars with enhanced drought-tolerance.

Cycling Dof Factors: Molecular and functional characterization of Arabidopsis thaliana AtCDF3 and tomato (Solanum lycopersicum L.) SlCDF3 in response to abiotic stress

El tomate (Solanum lycopersicum L.) es considerado uno de los cultivos hortícolas de mayor importancia económica en el territorio Español. Sin embargo, su producción está seriamente afectada por condiciones ambientales adversas como, salinidad, sequía y temperaturas extremas. Para resolver los problemas que se presentan en condiciones de estrés, se han empleado una serie de técnicas culturales que disminuyen sus efectos negativos, siendo de gran interés el desarrollo de variedades tolerantes. En este sentido la obtención y análisis de plantas transgénicas, ha supuesto un avance tecnológico, que ha facilitado el estudio y la evaluación de genes seleccionados en relación con la tolerancia al estrés. Estudios recientes han mostrado que el uso de genes reguladores como factores de transcripción (FTs) es una gran herramienta para obtener nuevas variedades de tomate con mayor tolerancia a estreses abióticos. Las proteínas DOF (DNA binding with One Finger) son una familia de FTs específica de plantas (Yangisawa, 2002), que están involucrados en procesos fisiológicos exclusivos de plantas como: asimilación del nitrógeno y fijación del carbono fotosintético, germinación de semilla, metabolismo secundario y respuesta al fotoperiodo pero su preciso rol en la tolerancia a estrés abiótico se desconoce en gran parte. El trabajo descrito en esta tesis tiene como objetivo estudiar genes reguladores tipo DOF para incrementar la tolerancia a estrés abiotico tanto en especies modelo como en tomate. En el primer capítulo de esta tesis se muestra la caracterización funcional del gen CDF3 de Arabidopsis, así como su papel en la respuesta a estrés abiótico y otros procesos del desarrollo. La expresión del gen AtCDF3 es altamente inducido por sequía, temperaturas extremas, salinidad y tratamientos con ácido abscísico (ABA). La línea de inserción T-DNA cdf3-1 es más sensible al estrés por sequía y bajas temperaturas, mientras que líneas transgénicas de Arabidopsis 35S::AtCDF3 aumentan la tolerancia al estrés por sequía, osmótico y bajas temperaturas en comparación con plantas wild-type (WT). Además, estas plantas presentan un incremento en la tasa fotosintética y apertura estomática. El gen AtCDF3 se localiza en el núcleo y que muestran una unión específica al ADN con diferente afinidad a secuencias diana y presentan diversas capacidades de activación transcripcional en ensayos de protoplastos de Arabidopsis. El dominio C-terminal de AtCDF3 es esencial para esta localización y su capacidad activación, la delección de este dominio reduce la tolerancia a sequía en plantas transgénicas 35S::AtCDF3. Análisis por microarray revelan que el AtCDF3 regula un set de genes involucrados en el metabolismo del carbono y nitrógeno. Nuestros resultados demuestran que el gen AtCDF3 juega un doble papel en la regulación de la respuesta a estrés por sequía y bajas temperaturas y en el control del tiempo de floración. En el segundo capítulo de este trabajo se lleva a cabo la identificación de 34 genes Dof en tomate que se pueden clasificar en base a homología de secuencia en cuatro grupos A-D, similares a los descritos en Arabidopsis. Dentro del grupo D se han identificado cinco genes DOF que presentan características similares a los Cycling Dof Factors (CDFs) de Arabidopsis. Estos genes son considerados ortólogos de Arabidopsis CDF1-5, y han sido nombrados como Solanum lycopersicum CDFs o SlCDFs. Los SlCDF1-5 son proteínas nucleares que muestran una unión específica al ADN con diferente afinidad a secuencias diana y presentan diversas capacidades de activación transcripcional in vivo. Análisis de expresión de los genes SlCDF1-5 muestran diferentes patrones de expresión durante el día y son inducidos de forma diferente en respuesta a estrés osmótico, salino, y de altas y bajas temperaturas. Plantas de Arabidopsis que sobre-expresan SlCDF1 y SlCDF3 muestran un incremento de la tolerancia a la sequía y salinidad. Además, de la expresión de varios genes de respuesta estrés como AtCOR15, AtRD29A y AtERD10, son expresados de forma diferente en estas líneas. La sobre-expresión de SlCDF3 en Arabidopsis promueve un retardo en el tiempo de floración a través de la modulación de la expresión de genes que controlan la floración como CONSTANS (CO) y FLOWERING LOCUS T (FT). En general, nuestros datos demuestran que los SlCDFs están asociados a funciones aun no descritas, relacionadas con la tolerancia a estrés abiótico y el control del tiempo de floración a través de la regulación de genes específicos y a un aumento de metabolitos particulares. ABSTRACT Tomato (Solanum lycopersicum L.) is one of the horticultural crops of major economic importance in the Spanish territory. However, its production is being affected by adverse environmental conditions such as salinity, drought and extreme temperatures. To resolve the problems triggered by stress conditions, a number of agricultural techniques that reduce the negative effects of stress are being frequently applied. However, the development of stress tolerant varieties is of a great interest. In this direction, the technological progress in obtaining and analysis of transgenic plants facilitated the study and evaluation of selected genes in relation to stress tolerance. Recent studies have shown that a use of regulatory genes such as transcription factors (TFs) is a great tool to obtain new tomato varieties with greater tolerance to abiotic stresses. The DOF (DNA binding with One Finger) proteins form a family of plant-specific TFs (Yangisawa, 2002) that are involved in the regulation of particular plant processes such as nitrogen assimilation, photosynthetic carbon fixation, seed germination, secondary metabolism and flowering time bur their precise roles in abiotic stress tolerance are largely unknown. The work described in this thesis aims at the study of the DOF type regulatory genes to increase tolerance to abiotic stress in both model species and the tomato. In the first chapter of this thesis, we present molecular characterization of the Arabidopsis CDF3 gene as well as its role in the response to abiotic stress and in other developmental processes. AtCDF3 is highly induced by drought, extreme temperatures, salt and abscisic acid (ABA) treatments. The cdf3-1 T-DNA insertion mutant was more sensitive to drought and low temperature stresses, whereas the AtCDF3 overexpression enhanced the tolerance of transgenic plants to drought, cold and osmotic stress comparing to the wild-type (WT) plants. In addition, these plants exhibit increased photosynthesis rates and stomatal aperture. AtCDF3 is localized in the nuclear region, displays specific binding to the canonical DNA target sequences and has a transcriptional activation activity in Arabidopsis protoplast assays. In addition, the C-terminal domain of AtCDF3 is essential for its localization and activation capabilities and the deletion of this domain significantly reduces the tolerance to drought in transgenic 35S::AtCDF3 overexpressing plants. Microarray analysis revealed that AtCDF3 regulated a set of genes involved in nitrogen and carbon metabolism. Our results demonstrate that AtCDF3 plays dual roles in regulating plant responses to drought and low temperature stress and in control of flowering time in vegetative tissues. In the second chapter this work, we carried out to identification of 34 tomato DOF genes that were classified by sequence similarity into four groups A-D, similar to the situation in Arabidopsis. In the D group we have identified five DOF genes that show similar characteristics to the Cycling Dof Factors (CDFs) of Arabidopsis. These genes were considered orthologous to the Arabidopsis CDF1 - 5 and were named Solanum lycopersicum CDFs or SlCDFs. SlCDF1-5 are nuclear proteins that display specific binding to canonical DNA target sequences and have transcriptional activation capacities in vivo. Expression analysis of SlCDF1-5 genes showed distinct diurnal expression patterns and were differentially induced in response to osmotic, salt and low and high temperature stresses. Arabidopsis plants overexpressing SlCDF1 and SlCDF3 showed increased drought and salt tolerance. In addition, various stress-responsive genes, such as AtCOR15, AtRD29A and AtERD10, were expressed differently in these lines. The overexpression of SlCDF3 in Arabidopsis also results in the late flowering phenotype through the modulation of the expression of flowering control genes such CONSTANS (CO) and FLOWERING LOCUS T (FT). Overall, our data connet SlCDFs to undescribed functions related to abiotic stress tolerance and flowering time through the regulation of specific target genes and an increase in particular metabolites.

Respuestas morfofisiológicas, bioquímicas y de ultraestructura en frijol (Phaseolus vulgaris L.), al estrés de salinidad, altas temperaturas y sequía en etapa de plántula

Tesis (Doctorado en Ciencias Biológicas con Especialidad en Botánica) UANL

Nuevos mecanismos moleculares de tolerancia a sequía y otros tipos de estrés abiótico en especies arbóreas de interés económico

Las masas forestales tienen una importancia colosal para nuestra sociedad y el conjunto de la biosfera. Estudios recientes a escala mundial indican que la sequía es el factor abiótico que más afecta a su crecimiento y supervivencia, seguida por las temperaturas extremas y la salinidad. Aunque comprender los mecanismos con que las especies arbóreas toleran estas formas de estrés tiene un interés aplicado evidente, dichos mecanismos se han estudiado mucho más en especies herbáceas modelo o de interés agronómico. Existen sin embargo diferencias notables entre ellas, como se demuestra en esta tesis y en otros trabajos recientes. Nuestro estudio se centra concretamente en la respuesta molecular del chopo –el sistema modelo forestal más desarrollado– al estrés abiótico, con particular énfasis en la sequía. Utilizando una estrategia proteómica y tratamientos controlados, hemos identificado componentes mayoritarios de dicha respuesta. Su participación en la misma se ha validado mediante análisis transcripcionales detallados utilizando tecnología qRT-PCR (PCR cuantitativa en tiempo real). Hemos identificado proteínas cuyo nexo funcional con mecanismos de tolerancia ya era conocido, como chaperonas moleculares sHSP o enzimas que atenúan el estrés oxidativo, pero también proteínas cuya relación funcional con el estrés es menos clara o incluso novedosa, como polifenol oxidasas (PPO), deshidrogenasas/reductasas de cadena corta (SDR), o bicupinas (BIC), entre otras. El cuerpo central de la tesis consiste en la caracterización detallada de una PPO inusual, cuya inducción por estrés hídrico se describe por vez primera. Estas enzimas están ampliamente distribuidas en plantas, si bien su número es muy variable de unas especies a otras. Algunas, como nogal, tienen un único gen, mientras que Arabidopsis no tiene ninguno. En la última versión del genoma de chopo hemos identificado un total de 12 miembros bona fide, corrigiendo trabajos previos, y hemos caracterizado su expresión individual ante diferentes situaciones de estrés controlado y tratamientos hormonales. La isoforma antedicha es el único miembro de la familia que responde claramente a la deshidratación. También responde a salinidad y a la mayor parte de tratamientos hormonales ensayados, pero no a daño mecánico o tratamientos con metil jasmonato. Esto la diferencia de enzimas homólogas presentes en otras especies de plantas, que se han relacionado experimentalmente con estrés biótico. Los patrones de acumulación de transcritos en árboles adultos son compatibles con un papel protector frente a la sequía. La integración de nuestros estudios funcionales y filogenéticos sugiere que la familia ha sufrido un proceso reciente de diversificación y neofuncionalización, siendo la protección frente a deshidratación su papel primigenio. Aunque se conoce la actividad bioquímica in vitro de este tipo de enzimas, sus sustratos naturales son esencialmente una incógnita. Mediante expresión heteróloga en Escherichia coli BL21(DE3) hemos detectado que la enzima de chopo es capaz de oxidar L-DOPA a dopaquinona, siendo menos activa frente a otros sustratos. Por otra parte, hemos demostrado su localización cloroplástica mediante transformación transitoria de protoplastos con fusiones a la proteína fluorescente YFP. Mediante la obtención de plantas transgénicas de A. thaliana hemos demostrado que la enzima de chopo aumenta considerablemente la tolerancia in vivo frente a la deshidratación y al estrés salino. El análisis fenotípico detallado de las líneas transgénicas, combinando múltiples metodologías, nos ha permitido sustanciar que la tolerancia tiene una base compleja. Esta incluye una mayor protección del sistema fotosintético, una capacidad antioxidante muy incrementada y la acumulación de solutos osmoprotectores como la prolina. Los análisis metabolómicos nos han permitido asociar la expresión de la proteína a la síntesis de un flavano no descrito previamente en A. thaliana, vinculando la enzima de chopo con la síntesis de fenilpropanoides. También hemos observado alteraciones en los niveles hormonales que podrían subyacer a efectos pleiotrópicos con interés aplicado, como un aumento consistente del tamaño de la planta o el acortamiento del ciclo de crecimiento. Además de aportar datos novedosos sobre la funcionalidad in vivo de esta familia de oxidasas, los resultados de esta tesis demuestran que los árboles son sistemas de estudio interesantes para caracterizar nuevas estrategias de tolerancia al estrés abiótico con potencial aplicado. ABSTRACT Forests masses have an extraordinary importance for our society and the biosphere. Recent worldwide studies indicate that drought is the abiotic factor that affects more their growing and survival, followed by extreme temperatures and salinity. The understanding of how the arboreal species tolerate the stress has an evident practical interest, but their mechanisms have been studied much more in herbaceous species or with agronomic interest. However, considerable differences exist between them, as this thesis and recent studies show. Our study is focused on the molecular response of the poplar –the more developed forestry model system- to abiotic stress, specifically focused in the drought. Using a proteomic strategy and controlled treatments, we have identified main components in such response. Its participation has been validated through transcriptional analysis using qRT-PCR technology. We have identified proteins whose functional connection with tolerance mechanisms were already known, as molecular chaperones sHSP or enzymes that attenuate the oxidative stress, but also some proteins whose functional relationship with the stress is less clear or even novel, as polifenol oxidases (PPO), short chain deshidrogenases/reductases (SDR), or bicupines (BIC), among others. The central body of the thesis consists of the detailed characterization of an unsual PPO, whose induction due to drought stress is first described. These enzymes are thoroughly distributed in plants, but their number of members is very variable among species. Some of them, as the walnut tree, have a single gene, while Arabidopsis has none. We have identified a total of 12 members in the last version of the poplar genome, correcting previous works, and have characterized their individual expression against different situations of controlled stress and hormone treatments. The aforementioned isoform is the only member of the family that responds clearly to the drought. It also reacts to salinity and the majority of hormonal treatments tested, but it does not respond to mechanical damage or treatments with methyl jasmonate. This is the difference with homologue enzymes present in other plant species, which have been related experimentally with abiotic stress. The accumulation patterns of transcripts in adult trees are compatible with a protector role against drought. The integration of our functional and phylogenetic studies suggests that the family has suffered a recent process of diversification and neofunctionalization, being the protection against drought their original role. Although the in vitro biochemistry activity of this kind of enzymes is already known, their natural substracts are essentially a mystery. By means of heterologous expression of Escherichia coli BL21(DE3) we have detected that the enzyme of poplar is able to oxidize L-DOPA to dopaquinone, being less active against other substrates. Additionally, we have proven its chloroplastic location with transitory transformation of protoplasts with YFP protein fusion. By means of getting transgenic plants of A. thaliana, we have demonstrated that the poplar enzyme increases notably the in vivo tolerance against the drought and salinity stresses. The phenotypic analysis of the transgenic lines, and the use of multiple methodologies, allowed us to test the complexity of the tolerance. This includes a major protection of the photosynthetic system, a very increased antioxidant capacity and the accumulation of osmoprotectant solutes as the proline. The metabolic analysis has allowed to associate the protein expression with the synthesis of a Flavan non described previously in A. thalaiana, linking the enzyme of poplar with the synthesis of phenylpropanoids. We have observed alterations in the hormonal levels that could underlie pleiotropic effects with applied interest, as a consistent increase of the size of the plant and the reduction of the growth cycle. The results of this thesis, in addition to provide novel data about the in vivo functionality of the oxidase family, demonstrate that the trees are interesting systems of study to characterize new strategies of tolerance against abiotic stress with applied potential.

Caracterización del sistema de defensa antioxidante en líneas de maní tolerantes y susceptibles a la sequía

El cultivo de maní generó en 1996 un ingreso de divisas de 250 millones de dólares americanos, hecho que posiciona a este cultivo como el principal rubro generador de divisas de origen agropecuario en la provincia de Córdoba. El rendimiento promedio de los últimos 15 años muestra una tendencia creciente debido a la introducción del cultivar Florman INTA. Este cultivar, que ocupa actualmente más del 90 % del área sembrada, introdujo asociado al carácter rendimiento, susceptibilidad a la sequía por lo cual se producen importantes fluctuaciones en la producción y calidad del grano cosechado, en función de las precipitaciones del año. Esta situación plantea la necesidad de obtener un cultivar con mayor tolerancia a la sequía, manteniendo una calidad comercial adecuada a las necesidades del mercado. La tolerancia a la sequía está conformada por un conjunto de atributos fisiológicos entre los cuales se destaca la capacidad para mantener la funcionalidad del sistema fotosintético. En este sentido, el estudio del sistema antioxidante ha cobrado reciente interés ya que provoca el cierre de los estomas. Como consecuencia se producen especies activas del oxígeno que alteran los procesos metabólicos del cloroplasto y membranas celulares. Estos daños pueden ser minimizados si se consiguen variedades que posean un eficiente sistema de defensa antioxidante bajo condiciones de estrés. El sistema está compuesto por un conjunto de sustancias reducidas y enzimas capaces de metabolizar radicales libres. En maní, al presente, no se ha realizado una caracterización ontogenética del sistema ni se ha determinado su relación con la tolerancia a la sequía. Es Objetivo de este proyecto establecer la posible relación entre el funcionamiento del sistema antioxidante, el daño oxidativo provocado por la sequía y la tolerancia al estrés hídrico, en líneas de maní tolerantes y susceptibles a la sequía. Los cultivares utilizados son Florman INTA Manfredi 393 INTA, como susceptible y tolerante respectivamente. El conocimiento generado permitirá seleccionar componentes del sistema antioxidante de utilidad para el mejoramiento de las actuales variedades de maní, mediante procedimientos clásicos o a través de la manipulación de genes.

Mitigación de los efectos de sequía extrema durante la fase III de desarrollo del melocotón y mejora del crecimiento del fruto mediante técnicas de cultivo: poda de verano y aclareo

El proyecto trata de aportar información fiable en la aplicación de prácticas culturales sobre una parcela de frutales (caso específico de melocotonero tardío) con el objetivo de mitigar los efectos de una sequía extrema. Se plantea un escenario en le que se deja sin riego durante los meses de Julio y Agosto. Las condiciones de estrés hídrico se han controlado de tal forma que no se comprometa la superviencia del árbol por lo que en la realidad se realizaron aportaciones muy reducidas de riego (25 mm) durante el periodo de sequía a partir de marchitez visual de las hojas. Las técnicas de intervención propuestas eran: poda de verano intensiva y aclareo de fruta en el momento en que se producen los cortes de riego. La poda de verano se diseñó de tal forma que se eliminara parte de la vegetación (sobre un 20% de la masa vegetativa) con el objetivo de reducir consumos de agua del arbol y conservar más agua en el suelo, pero a la vez, sin producir mermas en el tamaño del árbol al año siguiente. Este último objetivo se ha conseguido de forma aceptable despues de que la poda de invierno uniformizara el número de ramos por árbol. El criterio de poda esta más detallado en Lopez et al., (2006). Respecto al aclareo, se pretende aumentar las reservas disponibles para el crecimiento del fruto mediante la reducción de la competencia entre ellos y compensar así el efecto reductor del estrès hídrico. Durante las primeras semanas de corte de riego y mientras el estrés hídrico se desarrolla se produjo un cierto crecimiento de fruto que es el que permitió analizar la respuesta a los tratamientos aplicados. A partir de condiciones de marchitez de hojas se constata que el fruto dejaba de crecer (Lopez et al., 2006).

Genes implicados en la respuesta molecular al estrés hídrico en Pinus pinaster Ait

La presente tesis doctoral se centra en el estudio de la respuesta molecular de las coníferas mediterráneas al estrés hídrico. Para ello se ha escogido como especie modelo Pinus pinaster Ait., la conífera más abundante en España, y que habita un amplio rango de situaciones ecológicas, especialmente en lo relativo a la disponibilidad de agua. En primer lugar, se ha aplicado un estrés hídrico controlado en cultivo hidropónico y se ha generando una genoteca sustractiva con objeto de identificar los genes inducidos por el estrés, analizando su expresión en raíces, tallos y acículas. A continuación, se ha analizado, la expresión de los genes anteriormente obtenidos así como de otros seleccionados de las bases de datos disponibles, durante una sequía prolongada en tierra, similar a las que las plantas deben afrontar en la naturaleza. Se ha utilizado en este caso, además de P. pinaster, P. pinea, otra conífera mediterránea adaptada a las sequías recurrentes. Este trabajo ha permitido identificar genes candidato expresionales, presumiblemente comunes en la respuesta molecular de las coníferas al déficit hídrico. Se han detectado diferencias notables en la expresión de determinados genes, que podrían ser los responsables de las diferencias exhibidas por ambas especies en el comportamiento frente a la sequía. Entre los genes identificados como inducidos por el estrés hídrico se encuentran varios miembros de la familia de las deshidrinas. Trabajos previos han utilizado deshidrinas como genes candidato; no obstante, la falta de especificidad de ciertos fragmentos y marcadores utilizados, debido a la complejidad estructural de esta familia, resta fiabilidad a algunos de los resultados publicados. Por este motivo, se ha estudiado en detalle esta familia en P. pinaster, se han identificado y caracterizado 8 miembros y se ha analizado su patrón de expresión frente a sequía. Este estudio ha permitido describir por primera vez unos segmentos conservados en la secuencia de aminoácidos de las deshidrinas de pináceas, cuya presencia y número de repeticiones parece estar relacionado con su especificidad. Por último, se han escogido tres genes implicados en distintas fases de la respuesta al estrés hídrico para su análisis exhaustivo: una deshidrina, una nodulina y un factor de transcripción tipo AP2. Se ha caracterizado su estructura exón/intrón y secuenciado su región promotora. Además, se han obtenido líneas transformadas que sobreexpresan estos genes tanto de forma heteróloga, en la especie modelo Arabidopsis thaliana, como en el propio P. pinaster. Este material facilitará la realización de futuros estudios sobre la función y el mecanismo de actuación de estos genes en la respuesta al estrés hídrico. ABSTRACT This thesis focuses in the study of the molecular response to water stress in Mediterranean conifers. For this purpose, P. pinaster was selected as model species. It’s the most abundant conifer in Spain, living in a wide range of ecological conditions, especially regarding water availability. First, we have applied a controlled polyethylene glycol-induced water stress in hydroponic culture and obtained a suppression subtractive hybridization (SSH) library, with the aim of identifying genes induced by water stress, analysing their expression in roots, stems and needles. We have then analysed the expression patterns of the identified genes, together with other genes selected from public databases. This study was conducted throughout a prolonged drought stress in soil, similar to the ones plants have to face in nature. In this case not only P. pinaster was analysed but also P. pinea, another Mediterranean conifer well adapted to recurrent droughts. This work has enabled us to identify of reliable candidate genes, presumably shared with other conifers in the response to water stress. We observed remarkable differences in the expression of some genes, which could be involved in the differential behaviour that these species show in the water stress response. Within the genes induced by water stress, several members of the dehydrin gene family were identified. Due to the structural complexity of the family, certain ambiguities and inconsistencies have been detected in previous works that have used dehydrins as candidate genes. For this reason, we have analysed thoroughly this gene family in P. pinaster, and have identified and characterized eight different members, whose expression patterns during drought have also been assessed. This study has allowed us to identify for the first time novel conserved segments in the amino acids sequences of Pinaceae. The presence and number of repetitions of these segments could be associated with the functional specificity of these proteins. Finally, three genes involved in different steps of the water stress response were selected for an exhaustive analysis: a dehydrin, a nodulin and an AP2 transcription factor. For all of them, the exon/intron structure was established and their promoter region was sequenced. Also, transformed lines were obtained both in Arabidopsis thaliana and in P. pinaster for the constitutive overexpression of these genes. This material will facilitate the development of further studies to investigate the function of these genes during the water stress response

Chaperonas moleculares y tolerancia a estrés abiótico en especies arbóreas

Las temperaturas extremas, la sequía y otros estreses abióticos limitan la producción forestal de forma significativa, causando grandes pérdidas económicas en el sector. Los árboles, al ser organismos sésiles, han desarrollado una serie de estrategias para percibir dichos factores, activando respuestas defensivas apropiadas. Entre ellas ocupa un lugar preeminente la síntesis de proteínas con actividad chaperona molecular. Las chaperonas moleculares interaccionan con proteínas desnaturalizadas total o parcialmente, promoviendo su correcto plegamiento y ensamblaje. Las chaperonas moleculares que se sintetizan de forma predominante en plantas, pero no en otros eucariotas, pertenecen a la familia sHSP (small heat-shock proteins). Se trata de una familia inusualmente compleja y heterogénea, cuyos miembros son de pequeño tamaño (16-42 kD) y poseen un dominio “alfa-cristalina” muy conservado. Estas proteínas están implicadas en protección frente a estrés abiótico mediante la estabilización de proteínas y membranas, si bien su mecanismo de acción se conoce de forma incompleta. A pesar del evidente potencial aplicado de las proteínas sHSP, son muy escasos los estudios realizados hasta el momento con un enfoque netamente biotecnológico. Por otra parte, casi todos ellos se han llevado a cabo en especies herbáceas de interés agronómico o en especies modelo, como Arabidopsis thaliana. De ahí que las sHSP de arbóreas hayan sido mucho menos caracterizadas estructural y funcionalmente, y ello a pesar del interés económico y ecológico de los árboles y de su prolongada exposición vital a múltiples factores estresantes. La presente Tesis Doctoral se centra en el estudio de sHSP de varias especies arbóreas de interés económico. El escrutinio exhaustivo de genotecas de cDNA de órganos vegetativos nos ha permitido identificar y caracterizar los componentes mayoritarios de tallo en dos especies productoras de madera noble: nogal y cerezo. También hemos caracterizado la familia completa en chopo, a partir de su secuencia genómica completa. Mediante expresión heteróloga en bacterias, hemos analizado el efecto protector de estas proteínas in vivo frente a distintos tipos de estrés abiótico, relevantes para el sector productivo. Los resultados demuestran que las proteínas sHSP-CI: (i) aumentan la viabilidad celular de E.coli frente a casi todos estos factores, aplicados de forma individual o combinada; (ii) ejercen un rol estabilizador de las membranas celulares frente a condiciones adversas; (iii) sirven para mejorar la producción de otras proteínas recombinantes de interés comercial. El efecto protector de las proteínas sHSP-CI también ha sido analizado in planta, mediante la expresión ectópica de CsHSP17.5-CI en chopos. En condiciones normales de crecimiento no se han observado diferencias fenotípicas entre las líneas transgénicas y los controles, lo que demuestra que se pueden sobre-expresar estas proteínas sin efectos pleiotrópicos deletéreos. En condiciones de estrés térmico, por el contrario, los chopos transgénicos mostraron menos daños y un mejor crecimiento neto. En línea con lo anterior, las actividades biológicas de varias enzimas resultaron más protegidas frente a la inactivación por calor, corroborando la actividad chaperona propuesta para la familia sHSP y su conexión con la tolerancia al estrés abiótico. En lo que respecta a la multiplicación y propagación de chopo in vitro, una forma de cultivo que comporta estrés para las plantas, todas las líneas transgénicas se comportaron mejor que los controles en términos de producción de biomasa (callos) y regeneración de brotes, incluso en ausencia de estrés térmico. También se comportaron mejor durante su cultivo ex vitro. Estos resultados tienen gran potencial aplicado, dada la recalcitrancia de muchas especies vegetales de interés económico a la micropropagación y a la manipulación in vitro en general. Los resultados derivados de esta Tesis, aparte de aportar datos nuevos sobre el efecto protector de las proteínas sHSP citosólicas mayoritarias (clase CI), demuestran por vez primera que la termotolerancia de los árboles puede ser manipulada racionalmente, incrementando los niveles de sHSP mediante técnicas de ingeniería genética. Su interés aplicado es evidente, especialmente en un escenario de calentamiento global. ABSTRACT Abiotic stress produces considerable economic losses in the forest sector, with extreme temperature and drought being amongst the most relevant factors. As sessile organisms, plants have acquired molecular strategies to detect and recognize stressful factors and activate appropriate responses. A wealth of evidence has correlated such responses with the massive induction of proteins belonging to the molecular chaperone family. Molecular chaperones are proteins which interact with incorrectly folded proteins to help them refold to their native state. In contrast to other eukaryotes, the most prominent stress-induced molecular chaperones of plants belong to the sHSP (small Heat Shock Protein) family. sHSPs are a widespread and diverse class of molecular chaperones that range in size from 16 to 42k Da, and whose members have a highly conserved “alpha-crystallin” domain. sHSP proteins play an important role in abiotic stress tolerance, membrane stabilization and developmental processes. Yet, their mechanism of action remains largely unknown. Despite the applied potential of these proteins, only a few studies have addressed so far the biotechnological implications of this protein family. Most studies have focused on herbaceous species of agronomic interest or on model species such as Arabidopsis thaliana. Hence, sHSP are poorly characterized in long-lived woody species, despite their economic and ecological relevance. This Thesis studies sHSPs from several woody species of economic interest. The most prominent components, namely cytosolic class I sHSPs, have been identified and characterized, either by cDNA library screening (walnut, cherry) or by searching the complete genomic sequence (poplar). Through heterologous bacterial expression, we analyzed the in vivo protective effects of selected components against abiotic stress. Our results demonstrate that sHSP-CI proteins: (i) protect E. coli cells against different stressful conditions, alone or combined; (ii) stabilize cell membranes; (iii) improve the production of other recombinant proteins with commercial interest. The effects of CsHSP17.5-CI overexpression have also been studied in hybrid poplar. Interestingly, the accumulation of this protein does not have any appreciable phenotypic effects under normal growth conditions. However, the transgenic poplar lines showed enhanced net growth and reduced injury under heat-stress conditions compared to vector controls. Biochemical analysis of leaf extracts revealed that important enzyme activities were more protected in such lines against heat-induced inactivation than in control lines, lending further support to the chaperone mode of action proposed for the sHSP family. All transgenic lines showed improved in vitro and ex vitro performance (calli biomass, bud induction, shoot regeneration) compared to controls, even in the absence of thermal stress. Besides providing new insights on the protective role of HSP-CI proteins, our results bolster the notion that heat stress tolerance can be readily manipulated in trees through genetic engineering. The applied value of these results is evident, especially under a global warming scenario.

Características funcionales que influyen en la respuesta a la sequía de las especies del género Quercus: variación inter- e intra-específica

El género Quercus sp. tiene una amplia distribución geográfica a lo largo de todo el Hemisferio Norte, y está presente desde zonas templado-frías de Europa o Norte-América, hasta zonas tropicales de América del Sur. En términos de macro-evolución son muchas las especies de este género que han desarrollado mecanismos de resistencia al estrés hídrico en combinación con caracteres funcionales y morfológicos que evitan la deshidratación de los tejidos aéreos, y que en último término hacen de este grupo de especies organismos muy efectivos en ambientes caracterizados por una fuerte restricción hídrica esporádica o estacional. La falta de agua, sobre todo en fases como la regeneración, interactúa con la disponibilidad lumínica, y de cuyo resultado se establece una compleja modulación de la expresión de los rasgos funcionales. Además, y desde un punto de vista micro-evolutivo, es elemento característico de muchas especies de Quercus un alto grado de variación genética intraespecífica en la respuesta a sequía. Esta diversidad en la respuesta se establece bajo distintos órdenes jerárquicos de variación genética, y desde diferencias poblacionales hasta líneas maternas o individuos dentro de una misma población. Así, muchas especies albergan unos niveles relativamente altos de variabilidad intraespecífica en respuesta a la falta de agua. En este trabajo se revisan diferentes mecanismos de tolerancia y evitación de la sequía que explican el éxito de numerosas especies del género Quercus en ambientes con importantes limitaciones hídricas. El análisis se hace extensible a los estudios de la variación intra-específica, para finalizar con una breve visión de algunos posibles patrones de respuesta esperables en un futuro caracterizado por ambientes hídricamente más estresantes en amplias zonas del mundo, y en particular en el área mediterránea.

Producción de conocimientos aplicables a una solución tecnológica, a escala de laboratorio o equivalente

Entre los problemas comerciales más importantes que el maní de origen argentino enfrenta en el mercado internacional se destaca la amplia variación en los volúmenes ofertados anualmente, debido a las oscilaciones en la producción y el rendimiento, lo cual dificulta satisfacer plenamente la demanda internacional creciente de maní confitería. Argentina tiene una capacidad exportadora de alrededor de 400.000 toneladas por año. Sin embargo, ante una oferta decreciente de los principales competidores en el mercado internacional, EE.UU y China, la demanda queda insatisfecha, por lo cual nuestro país podría aumentar sus exportaciones en no menos de un 25%, lo que representaría no menos de 150 millones de dólares, que actualmente se dejan de percibir. Problemas de producción y el avance de nuevas tecnologías de cultivo están cambiando el panorama en la producción cordobesa y nacional del maní. Por una parte, la principal región productora argentina se está ampliando hacia el sur de la Provincia de Córdoba y, también, se está desarrollando el cultivo en el noroeste argentino (NOA), ocupándose ambientes sustancialmente distintos a la de la zona núcleo tradicional. Soave (1997), puntualiza que la obtención de nuevas variedades, que amplíen el estrecho panorama varietal existente e incorporen caracteres que respondan a las condiciones locales debe ser un objetivo prioritario y permanente. La literatura proporciona evidencia clara que las especies silvestres del género Arachis son fuentes potenciales de altos niveles de resistencia/tolerancia a enfermedades y sequía. Por otro lado, Fávero (2004) ha demostrado la posibilidad cierta de transferencia de atributos genéticos presente en estas especies al maní cultivado, mediante la construcción de anfidiploides sintéticos de cruzamiento de una especie silvestre con genoma A y otra con genoma B. La cuantificación del contenido de MDA en hoja es un buen parámetro para estimar la resistencia o susceptibilidad de un genotipo a estrés hídrico. Asimismo, estudios recientes indicaron que el uso del área foliar (SLA), el contenido de clorofila (SCMR) y el índice de cosecha, los cuales son sencillos de medir, se correlacionan significativamente con la eficiencia de transpiración y tienen una considerable variación genética en maní. Estos atributos permiten seleccionar genotipos resistentes/tolerantes a sequía. Innovar en el campo de la biotecnología a partir de construcciones genéticas alternativas es una estrategia que permitiría obtener plantas resistentes/tolerantes con la introducción de genes que estén directamente involucrados con los eventos de interés y que ya han sido estudiados en otros organismos. La obtención de plantas con mayor tolerancia a la sequía y/o a enfermedades fúngicas no sólo aseguraría la estabilidad de los rindes en años de escasez hídrica y condiciones climáticas favorables para las enfermedades fúngicas, sino que permitiría extender la frontera productiva a regiones actualmente marginales. Se plantea como objetivo general caracterizar y evaluar fuentes de resistencia/tolerancia a factores bióticos y abióticos, particularmente a Sclerotinia minor, Sclerotinia sclerotiorum y sequía, en gentipos cultivados y silvestres, para transferir los genes de interés mediante técnicas de mejoramiento convencional; y ajustar las condiciones para la regeneración in vito y la transformación génica de variedades elite de maní cultivadas en Argentina.

Infecciones conjuntivales crónicas o recurrentes: Análisis de la inmunidad local y sistémica y su relación con parámetros nutricionales y de estrés

El sistema inmune del huésped dirige a los linfocitos T cooperadores o helper (Th) activados a madurar hacia linfocitos Th1 o Th 2 según el antígeno específico estimulante. Los linfocitos Th1 son responsables de estimular la respuesta inmune celular e inducir el cambio del isotipo de las inmunoglobulinas (Ig) de los linfocitos B hacia la síntesis de IgG1 e IgG3. En contraste, los linfocitos Th2 inducen respuesta humoral con cambio de isotipo de las Igs a la producción de IgE e IgG4, isotipos involucrados en la respuesta alérgica y con mínimo rol en la defensa contra microorganismos. Las inflamaciones crónicas de la mucosa ocular pueden ser causadas por alergias, infecciones, traumatismos o mixtas. En estudios previos en niños de 3 a 5 meses de edad con infecciones conjuntivales crónicas o recurrentes y asociadas a dacrioestenosis congénita hemos determinado que los procesos infecciosos inducen una respuesta hacia isotipos de Igs mediados por linfocitos Th2 (IgE e IgG4) no protectivos y asociados con alergia. En adultos, una minoría de los casos de inflamaciones conjuntivales crónicas o recurrentes se asocian con niveles elevados de IgE en lágrimas, presencia de eosinófilos en la citología conjuntival y diagnóstico clínico de alergia. Sin embargo, la mayoría de los pacientes que manifiestan esta enfermedad no tienen diagnóstico clínico de alergia pero muestran niveles bajos de IgE e IgG en lágrimas, ausencia de eosinófilos y presencia de microorganismos en sus conjuntivas. En base a estos hallazgos surge el interrogante respecto a ¿cuál es el motivo de los niveles bajos de IgE en la respuesta inmune local a estos patógenos que en forma crónica y recurrente agreden las conjuntivas de estos pacientes? Y ¿por qué la respuesta de IgG en baja concentración no los defiende? Por lo expuesto, el presente proyecto tiene como objetivo evaluar la inmunidad inespecífica sistémica y la específica de la superficie ocular de pacientes adultos con infecciones conjuntivales crónicas o recurrentes para caracterizar la respuesta de linfocitos Th1/Th2. Además, analizar el efecto del estrés y deficiencias nutricionales sobre la respuesta inmune local y sistémica. Estos estudios permitirán determinar modificaciones de la inmunidad ocular y caracterizar el perfil de la respuesta inmune. La identificación del tipo de respuesta inmune afectada permitirá la detección de pacientes con predisposición a esta patología y por ello, ayudar a prevenir y en algunos casos, a revertir este proceso recurrente; lo que constituirá un valioso aporte a programas de prevención de enfermedades oculares.

Participación del sistema de defensa antioxidante en la tolerancia a estres hidríco en cultivares resistentes y susceptibles de trigo

El trigo es uno de los cultivos más importantes de nuestra provincia que se realizan bajo condiciones de secano y consecuentemente expuesto a sequías temporarias. La deficiencia de agua es la principal causa de caída de los rendimientos reales de nuestra agricultura extensiva, oscilando dichas reducciones en alrededor del 30%. El déficit hídrico genera endógenamente un fuerte incremento en el nivel de especies activas del oxígeno y de oxidaciones de los principales elementos celulares. Consecuentemente, se ha propuesto que la tolerancia frente a dichas condiciones adversas estaría asociada a la capacidad de las plantas, fundamentalmente a nivel foliar, de adecuar el funcionamiento de su sistema de defensa antioxidante de cultivares de trigo con diferentes susceptibilidades frente a condiciones de estrés hídrico, a fin de determinar si dicho sistema antioxidante confiere mayor resistencia a la sequía y, en tal caso, establecer cuáles de sus componentes desempeñan un rol clave. El trabajo abarca las siguientes etapas iniciales: a) estudiar el efecto del estrés oxidativo y las especies activas del oxígeno sobre la actividad, cantidad y estabilidad de SOD y GR en hojas de trigo, cloroplastos y proteína aislada; b) caracterizar los cambios en la actividad del sistema antioxidante, tanto enzimático como no enzimático y correlacionarlos con las variaciones en parámetros hídricos, en variedades de trigo de comportamiento contrastante a la sequía, sometidas a déficit hídrico durante períodos críticos del ciclo de cultivo y c) puesta a punto de las condiciones de regeneración y transformación de trigo con construcciones correspondientes a enzimas antioxidantes. Una vez establecida la relación entre el comportamiento del sistema antioxidante, estrés oxidativo y la tolerancia a estrés hídrico será posible contribuir a la selección y creación, por técnicas de mejoramiento e ingeniería genética, de genotipos de trigo de mejor comportamiento frente a situaciones de sequía.

Regulación nerviosa de la función de las glándulas adrenales: Estudio en diferentes situaciones de estrés

Está bien demostrada la participación e importancia del Sistema Psiconeuroendócrino en situaciones de estrés, tanto en animales como en seres humanos. Entre las diversas respuestas hormonales implicadas, el eje hipotálamo-hipófiso-adrenal (H-H-A) adquiere un papel preponderante. La regulación de este eje por el Sistema Límbico se encuentra documentada en diversos trabajos, sin embargo existen todavía algunos interrogantes relacionados con este tema. Trabajos realizados en este laboratorio nos permiten ubicar a los núcleos anterodorsales talámicos (NADT) entre las estructuras nerviosas límbicas que regulan el eje H-H-A en ratas. Esta influencia es de tipo tónico inhibidor; la lesión de los mismos incrementa la concentración de ACTH y de corticoesterona (C) plasmáticas; la estimulación produce un efecto inverso. Además se vio, que la lesión afecta la respuesta de las glándulas adrenales en distintas formas según el tipo y la forma del estrés físico aplicado (agudo, crónico, impredecible). El propósito de este proyecto es analizar la respuesta del eje H-H-A en animales sometidos a un estrés emocional, como la deprivación materna. Se estudiará el efecto de la lesión de los NADT, sobre el eje hipófiso-adrenal, valorando los niveles de ACTH y (C) en ratas adultas: 1) sometidas al estrés de deprivación materna-separación de su madre 5 hs/día- durante las 3 primeras semanas de vida; 2) deprivadas en edad temprana, sometidas a estrés impredecibles. Se analizará también la reactividad emocional en estos animales, utilizando el test de campo abierto.