Doctorado en Biología

RODRIGO, Juan Manuel
"Estrés genómico y expresión de la apomixis en pasto llorón (Eragrostis curvula (Schrad.) Nees.)".
Directores: Dra Carmen Viviana Echenique y Dr. Diego Zappacosta

RESUMEN
El estrés ejerce sus efectos sobre el organismo, no sólo a través de las vías de respuesta fisiológica, sino también a través de vías genéticas y epigenéticas. Muchos autores sostienen que el estrés es un factor clave para explicar el papel evolutivo del sexo en los organismos de modo reproductivo facultativo. Por lo tanto, es esperable que los mismos se crucen más frecuentemente bajo situaciones de estrés, facilitando la adaptación a ambientes cambiantes.
Eragrostis curvula es un complejo polimórfico donde la mayoría de sus miembros se reproducen por apomixis, reproducción asexual a través de semillas, que conduce a la generación de progenies genéticamente idénticas a la planta madre.
El objetivo de esta tesis fue determinar el efecto de diferentes factores que generan estreses genómicos sobre la expresión de la apomixis en pasto llorón, como el estrés hídrico, el cultivo in vitro, la poliploidización y la hibridación intraespecífica. Para ello, se analizaron sacos embrionarios de plantas de distintos genotipos de pasto llorón luego de haber sido sometidas a dichas condiciones. Además, se realizaron pruebas de progenie con marcadores moleculares y se analizó el nivel de metilación de los genomas luego de los diferentes tratamientos.
Antes de evaluar el efecto de situaciones estresantes sobre el modo reproductivo fue necesario analizar la estabilidad del carácter  a lo largo del periodo de floración, hallándose que el cv. Tanganyika INTA presenta una sexualidad promedio menor al 2 % en condiciones de invernáculo. Plantas del cv. Tanganyika INTA bajo condiciones de estrés por déficit hídrico mostraron un 14 % de sacos sexuales, indicando un incremento de expresión de la sexualidad respecto de las plantas control. Luego de un periodo de rehidratación mostraron una sexualidad residual del 5,3 %, indicando una disminución significativa de la misma, siendo, sin embargo, significativamente diferente del control. Se realizaron pruebas de progenie con marcadores RAPDs y se detectaron polimorfismos solamente en las plantas sometidas a estrés hídrico, aunque en una proporción menor a la esperada de acuerdo a los análisis citoembriológicos, indicando que no todos los sacos embrionarios sexuales producidos dan lugar a plantas viables. El cv. Tanganyika USDA no evidenció en ningún momento la capacidad de generar sacos sexuales, clasificándoselo como apomíctico obligado. El genotipo facultativo UNST1131 presentó una proporción de procesos sexuales del 18,5 % bajo condiciones de estrés hídrico. Sin embargo este valor no fue significativamente distinto al control (10 %), debido principalmente a la gran variabilidad observada. Para evaluar efectos mediados por ABA se realizaron ensayos de aplicación foliar en plantas del cv. Tanganyika INTA normalmente regadas. El análisis citoembriológico no permitió detectar diferencias significativas en el número de sacos sexuales en relación con el control, descartándose momentáneamente a la concentración de esta hormona como mediadora del efecto generado por estrés. También se analizó el efecto del cultivo in vitro realizando diferentes ensayos en los que se varió el tipo de explanto, el medio de cultivo y la duración de los mismos. Se evaluaron los cultivares Tanganyika USDA y Tanganyika INTA. Solo uno de los ensayos (exposición a medios selectivos) generó un efecto significativo sobre el número de sacos sexuales producidos, que incrementaron, demostrando una cierta plasticidad del carácter en situaciones de estrés. Estos resultados indicarían que situaciones de estrés previas y durante la etapa de floración podrían estar regulando la expresión de la sexualidad en genotipos apomícticos facultativos de pasto llorón. Es evidente que en los cvs. Tanganyika USDA, Tanganyika INTA y UNS1131 expresan diferentes niveles de apomixis/sexualidad, desde cero a 33%. 
Por otro lado, este estudio permitió demostrar que no solo las condiciones externas promueven estreses genómicos que alteran la expresión de la apomixis en pasto llorón. Condiciones como la poliploidización y la hibridación intraespecífica también afectan al modo reproductivo. El  análisis de la expresión de la apomixis a través del tiempo en dos híbridos (105 y 60) obtenidos a partir de la cruza entre materiales contrastantes para el modo reproductivo mostró diferencias en la expresión del carácter. El primero (105) mostró un comportamiento errático en las proporciones de procesos apomíctico/sexuales, con estabilización del carácter tendiente a una relación 1:1 mientras que el otro,  (60) presentó solo sacos sexuales en las dos primeras floraciones  y una pequeña proporción de sacos apomícticos en la tercera. Los resultados obtenidos en las pruebas de progenie mostraron correlación con los observados por estudios citoembriológicos.
Dada la relación entre la apomixis y el ambiente, podría especularse que los genes involucrados en el modo reproductivo son controlados por factores epigenéticos como la metilación del ADN. Se realizaron análisis comparativos sobre los genomas (AFLP) y epigenomas (MSAP) de varios grupos de plantas con el fin de establecer el efecto de estreses genómicos sobre el genoma y epigenoma. Los grupos de plantas comparadas fueron: 1) tratadas por estrés hídrico y plantas control del cv. Tanganyika INTA y 2) plantas híbridas del primer año de análisis y luego de tres años. En el primer caso, no se hallaron cambios genéticos en el tiempo en las plantas sometidas a estrés hídrico y control, mientras que las comparaciones con marcadores MSAP permitieron evidenciar un gran número de marcadores polimórficos debidos a procesos de metilación y desmetilación del ADN entre los dos tiempos de muestreo. Si bien no existe una diferencia estadística entre la suma de cambios ocurridos en el tiempo entre el grupo de plantas control y tratadas, se observó un alto grado de correlación (R2= 0,7949) entre los porcentajes de cambios ocurridos en el tiempo y los porcentajes de sexualidad calculados a través del análisis citoembriológico para cada individuo. En el híbrido 60 no se hallaron cambios genéticos en el tiempo, pero si se hallaron en el híbrido 105. En el análisis de los perfiles epigenéticos, el híbrido 60 mostró una mayor proporción de procesos de metilación, mientras que el 105 reveló una tendencia mayoritaria hacia la desmetilación del ADN. Esto podría atribuirse a una mayor inestabilidad genómica, que podría asociarse a un comportamiento más errático del modo reproductivo. La secuenciación de una muestra de los polimorfismos obtenidos por AFLP y MSAP mostró una alta proporción (55 %) de secuencias sin homología con regiones conocidas del genoma, pudiendo tratarse de metilaciones y desmetilaciones en regiones no codificantes o en secuencias del genoma aún no informadas. Las secuencias que mostraron homología con secuencias previamente anotadas  fueron principalmente elementos transponibles.
Los resultados aquí presentados y los previos obtenidos por el grupo de trabajo nos permiten hipotetizar que existe una región determinante de la apomixis, que estaría ausente en las plantas tetraploides sexuales. La misma podría contener regiones repetitivas y con redundancia génica que estarían silenciando la sexualidad en plantas apomícticas. Existen numerosas evidencias sobre el control mediado por pequeños ARNs en el silenciamiento de regiones repetitivas y elementos transponibles. Ante determinadas circunstancias, como condiciones de estrés prolongado, en esta región podría estar ocurriendo un efecto de des-represión epigenética, permitiendo un aumento en la proporción de procesos sexuales. Si bien aún resta trabajo experimental para comprobar esta hipótesis, los procesos de metilación y desmetilación observados y los elementos transponibles secuenciados serían evidencias preliminares a considerar.

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