Implementación de un modelo diploide/tetraploide para el estudio de la apomixis en Paspalum rufum,

MARIANO, SOLIMAN; ESPINOZA, FRANCISCO; MARIA E. SARTOR; JUAN PABLO A. ORTIZ; DELGADO LUCIANA

Casilda/Zavalla

Jornada; I Reunión Transdisciplinaria en Ciencias Agropecuarias 2016; 2016

Facultad Cs. Agrarias-UNR/Facultad Cs. Veterinarias-UNR

La apomixis, es una forma dereproducción asexual por semillas, que genera progenies genéticamente idénticasa la planta madre. Este carácter se presenta en varias familias de angiospermassin embargo a pesar de su amplia distribución, la apomixis de tipo gametofíticano está presente en especies de interés agronómico, a excepción de algunasgramíneas forrajeras. En teoría cualquier arreglo genético presente engenotipos capaces de completar la apomixis podría ser mantenido y multiplicadocomo una réplica exacta por innumerables generaciones vía semillas. Debido aesto, la transferencia del carácter a especies como el arroz, maíz o sorgo,representaría un enorme impacto en la producción de alimentos.             Laapomixis gametofítica está determinada genéticamente y en general tiende aocurrir a niveles poliploides. Este carácter involucra laformación de sacos embrionarios no reducidos (2n), partenogénesis y laformación del endosperma de forma autónoma o luego de la fecundación de losnúcleos polares (psuedogamia). Muchas especies del género Paspalum forman complejos agámicos en loscuales el citotipo diploide es sexual y auto-incompatible, mientras loscitotipos poliploides son apomícticos pseudógamos y auto-compatibles 2. A pesar de la fuerte relación entreapomixis y poliploidía, existen algunos casos inusuales de apomixis apospóricagametofítica en diploides, por ejemplo en el género Brachiaria. Endiversas especies del género Paspalumse documentó que algunos genotipos diploides producen sacos apospóricos (SEA),aunque en baja proporción. Paspalum rufum Nees es un ejemplo clásico de las especiesmultiploides siendo las razas diploides autoestériles y sexuales y lastetraploides apomícticas y pseudógamas. Los primeros estudios en condicionescontroladas de polinización, en presencia de polen mentor interploide,permitieron identificar un genotipo diploide de P. rufum capaz decompletar los componentes de la apomixis: aposporía y partenogénesis 4. En consecuencia se procedió con lacaracterización del comportamiento reproductivo de poblaciones naturales diploidesde esta especie. Estas poblaciones, en condiciones naturales de polinizaciónabierta, producen la totalidad de sus semillas por sexualidad 3, sinembargo todos los individuos analizados producen SEA en diferentesproporciones, generalmente acompañados del Saco reducido del tipo Polygonum(SES) 1. Además, en presenciade polen mentor, se identificaron genotipos capaces de formar semillas a partirde sacos embrionarios no reducidos y un individuo capaz de producirdescendencia por apomixis 1. Estos resultados confirmaron la presenciade los determinantes genéticos de la apomixis a nivel diploide proponiendo queen algunos genotipos la aposporía puede estar desacoplada de la partenogénesis.            Tomandocomo punto de partida los genotipos diploides que presentan aposporía y partenogénesiseste trabajo propone generar una población segregante para el carácter enestudio.            Lacaracterización permitirá identificar individuos diploides con mayorexpresividad de la aposporía y capacidad de completar la partenogénesis eindividuos completamente sexuales a partir de los cuales se generarán individuostetraploides. Este material permitirá analizar el efecto del incremento en laploidía sobre el comportamiento reproductivo y será utilizado como modelo deestudio comparativo diploide/tetraploide para la caracterización de la apomixisa nivel genético y molecular.            Seobtuvo una población F1 segregante de 39 individuos cruzando elgenotipos R6#45 (M) que produce 5,8% de SEA y es incapaz de formar semillas porpartenogénesis y el genotipo R5#49 (P), como dador de polen, que produce 13% deSEA y un 15% de semillas por partenogénesis en presencia de polen mentorinterploide. El origen híbrido de los individuos de la población F1se confirmó mediante análisis morfológico y marcadores moleculares. Dada lacapacidad de los genotipos parentales de producir SEA se evaluó el nivel deploidía de la población y se corroboró que la progenie proviene de SES. Seanalizó la expresividad de la aposporía determinando la proporción de SEAproducidos mediante la observación de ovarios clarificados en estadio de antesis. El número de ovarios analizadopermitió identificar dos individuos (#9 y #12) con baja o nula proporción deSEA, es decir con menor producción que el genotipo materno (6% SEA) que seclasificaron como individuos sexuales. Otros dos individuos (#15 y #39) presentaron una proporción de SEA (35%)significativamente superior al genotipo paterno. Posteriormente se determinó lacapacidad de realizar partenogénesis mediante citometría de flujo de semillasprovenientes de la autopolinización inducida en presencia de polen mentorinterploide e inter-específico. Los análisis se realizaron en ocho individuosde la población F1 que presentaban diferente expresividad de laaposporía e identificaron dos individuo capaces de completar la apomixis porpartenogénesis. Con el propósito de analizar el efecto del incremento en losniveles de ploidía sobre la expresividad de la aposporía y la partenogénesis seobtuvieron dos individuos tetraploides mediante tratamientos con colchicina. Segeneraron dos plantas tetraploides (LD1 y LD3) provenientes del genotipo M. Losanálisis de la expresividad de la aposporía detectaron, en ambos casos, unincremento significativo en la producción de SEA (LD1: 32% SEA y LD3: 24.6%) respectode la planta diploide que les dio origen. Los análisis por citometría de flujono detectaron semillas provenientes de la apomixis.            Enrelación con los objetivos propuestos se logró obtener una población segregantepara los caracteres en estudio (aposporía y partenogénesis). La caracterizacióndel comportamiento reproductivo de la progenie obtenida determinó una altaproporción de individuos capaces de producir SEA, sugiriendo que más de un gen/alelocontrolaría la aposporía en este sistema. Se identificaron genotipos diploidescon incrementos en la expresividad de la aposporía respecto a los parentales loque permite postular que el apilamiento de alelos/genes favorables condicionanla expresión del mismo. Los análisis por citometría de flujo detectaron dos individuos,ambos con alta proporción de SEA, con capacidad de completar la partenogénesis. Esta población segregante será utilizadacomo punto de partida para el mapeo por asociación de ambos componentes de laapomixis a nivel diploide. Cabe destacar que los estudios de mapeo realizadoshasta el momento, en plantas tetraploides apomícticas del género Paspalum, no permitieron separar losdiferentes componentes genéticos de la apomixis dado que el carácter se heredacomo un bloque sin recombinación. El desacoplamiento observado entre aposporíay partenogénesis a nivel diploide abre la posibilidad de identificar los genesinvolucrados en la determinación de los diferentes componentes de la apomixis. Lostratamientos con colchicina generaron dos individuos duplicados provenientesdel genotipo M con un incremento significativo de la expresividad de laaposporía pero incapaces de completar la apomixis por partenogénesis. Estosresultados sugieren que la poliploidía puede favorecer la expresión delcarácter pero no es suficiente para la expresión completa del carácter.            El material generado durante estetrabajo tiene un alto valor para el estudio de la apomixis a nivel diploide, lacomprensión del control de la expresión del carácter a este nivel de ploidía y abrela posibilidad de transferirlo a variedades diploides de interés agronómico. BIBLIOGRAFÍA1. Delgado,L. et al.Analysis ofvariation for apomictic reproduction in diploid Paspalum rufum. Ann. Bot 113, 1211-1218 (2014).2. Quarin,C.L. The nature of apomixis and its origin inPanicoid grasses. Apomixis Newsletter5, 8-15 (1992).3. Sartor,M.E., Quarin,C.L.,Urbani,M.H., & Espinoza,F. Ploidy levels and reproductive behaviour innatural populations of five Paspalumspecies. Plant Systematics and Evolution1-11(2011).4. Siena,L.A., Sartor,M.E., Espinoza,F., Quarin,C.L., &Ortiz,J.P.A. 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