El control epigenético de la reproducción apomíctica en Paspalum y su impacto potencial en el mejoramiento

PESSINO, SILVINA

Bahía Blanca

Simposio; XI Simposio Nacional de Biotecnología; 2017

REDBIO ARGENTINA

La apomixis es un modo de reproducción clonal vía semillas, mediante el cual los genotipos maternos se transfieren inalterados desde una generación a la siguiente. Está representada por una serie de procesos distintivos, que incluye la generación de gametas no reducidas (apomeiosis), el desarrollo partenogenético de embriones y la desregulación de la formación del endosperma. La modulación epigenética del carácter se conjeturó inicialmente cuando se observó que: 1) las duplicaciones genómicas de individuos diploides sexuales tenían el potencial de generar individuos poliploides apomícticos; 2) algunos procesos controlados por impronta genómica, como el establecimiento del estricto balance materno:paterno del endosperma, solían estar relajados en las plantas apomícticas; 3) el nivel de expresión del carácter sufría variaciones ante modificaciones ambientales. La hipótesis de un control epigenético se fortaleció al comprobarse que algunas mutantes de la vía RdDM (RNA-directed DNA methylation) de arabidopsis y maíz reproducían etapas específicas de la apomixis y que la demetilación artificial del genoma de especies apomícticas causaba una disminución de la incidencia de partenogénesis. El objetivo de nuestro trabajo fue caracterizar los patrones de metilación de citosinas genómicas requeridos específicamente para expresar la apomixis, identificar vías moleculares reguladas por ncRNAs y descubrir genes silenciados mediante mecanismos que involucran RNA pequeños. Se utilizó MSAP (Methylation Sensitive Amplified Polymorphisms) para identificar genes con expresión controlada por mecanismos epigenéticos en tejidos reproductivos de Paspalum. Uno de los candidatos identificados (SCD1) señaló una vía completa de localización de proteínas en membrana mediada por ubiquitina que funciona de manera alterada en plantas apomícticas. A partir de la construcción de un transcriptoma floral de referencia apomíctico y sexual por RNAseq 454/Roche FLX+ se identificaron varios lncRNAs que portan secuencias de genes candidatos para la apomixis expresados diferencialmente en plantas apomícticas y sexuales. Por secuenciación Illumina se describió la fracción sRNA del transcriptoma en bibliotecas florales triplicadas de Paspalum notatum sexual y apomíctico. Las secuencias pequeñas fueron mapeadas sobre el transcriptoma floral de referencia de Paspalum y el genoma de Oryza y los resultados se compararon por métodos estadísticos (EdgeR y NoiSeq) para generar un catálogo de transcriptos con niveles contrastantes de sRNAs en ambos tipos reproductivos. Además, se utilizó MirDeep para identificar varios miRNAs maduros caracterizados en especies modelo y otros novedosos que estarían desempeñando un papel en la apomixis. La combinación de datos de secuencias largas y cortas del transcriptoma posibilitó una visión general de los genes regulados por mecanismos de silenciamiento. La reciente secuenciación del genoma completo de Paspalum permitirá mapear las lecturas de los sRNAs sobre los ensamblados, para contribuir a caracterizar en forma detallada el paisaje epigenético de la ACR (Apospory Controlling Region). Esta última puede ser localizada en la secuencia del genoma alineando las numerosas sondas completamente ligadas al carácter que hemos identificado, clonado y secuenciado en nuestros estudios previos de mapeo genético. El trabajo presentado aquí está contribuyendo a delinear las bases del control epigenético de la expresión de la apomixis en gramíneas y a posibilitar su uso en el mejoramiento.