Análisis de mutantes como herramienta genómica para la identificación de genes implicados en la tolerancia a la salinidad del tomate

Resumen

La salinidad tiene un alto impacto en la agricultura. En la actualidad, este estrés abiótico provoca importantes pérdidas de producción debido principalmente al uso de aguas salinas para riego, pero además el problema continúa incrementando. A pesar de la relevancia económica del tomate, los mecanismos que gobiernan la respuesta a la salinidad en esta especie hortícola no están bien caracterizados, y hasta la fecha solo se han identificado un número muy escaso de genes implicados en la tolerancia del tomate a la salinidad. Entre las estrategias genómicas para lograr este objetivo destaca la mutagénesis insercional por T-DNA, herramienta que ha llegado a ser fundamental para la identificación y etiquetado de genes en los últimos años. En el proyecto que estamos realizando entre tres grupos de investigación, se está generando una colección de líneas T-DNA de tomate usando una trampa de intensificadores. Teniendo en cuenta el importante papel del sistema de raíz en la tolerancia a la salinidad, la identificación de mutantes de raíz podría permitir la identificación de genes clave involucrados en diferentes mecanismos de tolerancia a la salinidad. En este trabajo, un mutante de raíz recesivo, que mostraba mayores alteraciones morfológicas in vivo que in vitro, era identificado y seleccionado para llevar a cabo su caracterización fenotípica, fisiológica, genética y molecular bajo condiciones control y salinas. En primer lugar, una línea homocigota para fenotipo era obtenida en la tercera generación, la cual era usada para posteriores estudios. Las importantes alteraciones morfológicas mostradas en hojas y raíces del mutante cuando las plantas se desarrollaban sin estrés desaparecían con la salinidad, de manera que la salinidad reorganiza la estructura celular del mutante. Los cambios fisiológicos mas importantes inducidos por la salinidad en las hojas del mutante eran la mayor acumulación de K+ y menor relación Na+/K+, así como una mayor acumulación de sacarosa e inositol. El análisis transcriptómico llevado a cabo en raíz nos permitía identificar las alteraciones en los perfiles de expresión de genes causados por la mutación. Los cambios de expresión correspondían a varios grupos funcionales, tales como genes implicados en el desarrollo y transportadores de nitratos, pero la mayor expresión diferencial entre el genotipo silvestre y el mutante era observada en los genes de la ruta de síntesis de jasmonato. El mutante saltres es el primer mutante de sobreexpresión de jasmonato identificado en tomate, y la mayor expresión de genes está asociada a mayores niveles endógenos de jasmonato en las raíces del mutante, especialmente bajo condiciones control. En base a estos resultados, se propone que jasmonato es el regulador clave de la tolerancia a la salinidad en el mutante saltres. SUMMARY Salinity has a huge impact on agriculture. Currently, this abiotic stress causes important production losses due mainly to the use of saline waters for irrigation, and the problem continues to increase. Despite the economic relevance of tomato, the mechanisms that govern salinity response in this horticultural species are not well characterized, and a very small number of genes playing a role in tomato tolerance to salinity have so far been identified. Among the genomic tools for achieving such aim, we can highlight insertional mutagenesis by T-DNA, which in recent years has become a fundamental tool for identification and tagging of genes. In a collaborative project, a collection of T-DNA lines is being generated by using un enhancer trap. Taking into account the important role of the root system in the salinity tolerance, the identification of root mutants could allow the identification of key genes involved in different tolerance mechanisms to salinity. In this work, a recessive root mutant exhibiting higher morphological alterations in vivo than in vitro was identified and selected to carry out its phenotypic, physiological, genetic and molecular characterization under control and saline conditions. Firstly, a homozygous line for phenotype was obtained in the thirst generation, which was used for further studies. The important morphological alterations in leaves and roots of the mutant plants grown without stress disappear with salt stress, in the manner that salinity restores the cell structure of the mutant. The most important physiological changes induced by salinity in the mutant were a higher leaf K+ accumulation and lower Na+/K+ ratio, as well as a higher accumulation of sucrose and inositol. The transcriptomic analysis of the roots allowed us to identify the alterations in gene expression profiles caused by the mutation. Expression changes in genes corresponding to several functional groups, as genes involved in plant development and transporters of nitrate between others, were found especially under control conditions, although the most important changes between wild type and mutant were observed in the genes of the biosynthesis pathway of jasmonate. The mutant saltres is the first jasmonate overexpression mutant identified in tomato, and the increased gene expression was associated to increased endogenous levels of jasmonate in the mutant roots, especially under control conditions. Taken together, jasmonate is proposed as the key regulator of the salinity tolerance in the mutant saltres.