Estudio de la Capacidad Organogénica en tomate y especies relacionadas: Localización de QTLS implicados y estudio de la influencia del Etileno

RESUMEN La regeneracion de plantas a partir de explantes es la base de partida para poder aplicar tecnologias tales como la obtencion de plantas haploides o la transformacion genetica. Este caracter presenta una amplia variabilidad inter e intraespecifica. Asi, incluso dentro de la misma especie, podemos encontrarnos genotipos recalcitrantes cuya falta o escasa regeneracion limita la aplicacion de estas tecnicas. Ademas del componente genetico, otros factores que condicionan el exito de la regeneracion son: las condiciones fisiologicas del material de partida, los componentes del medio de cultivo, los reguladores de crecimiento, la temperatura, la luz, etc? La falta de informacion acerca de que factores determinan que este proceso se produzca por una u otra via morfogenetica (la via organogenica o la embriogenica) y la incertidumbre de cuantos genes estan implicados, indica la necesidad de investigacion basica de este proceso. El objetivo principal de este trabajo se centra en incrementar el conocimiento de la base genetica asi como la localizacion de QTLs implicados en la regeneracion por la via organogenica que es la predominante en tomate. Para ello, se han utilizado dos poblaciones de mapeo (F2, BC1) obtenidas por la Dra. Gisbert. La poblacion F2 se obtuvo a partir de la autofecundacion de una planta F1, resultante del cruce de una planta de tomate (S. lycopersicum L.) seleccionada por su escasa capacidad regenerativa (Anl27) y la accesion PE-47 de S. pennellii Correll. con alta capacidad de regeneracion. Por su parte, la poblacion BC1 se obtuvo a partir del cruce (Anl27 x F1). Con estos materiales se ha realizado una caracterizacion fenotipica y genotipica en clones de cada genotipo, que se han mantenido en cultivo in vitro. Utilizando el programa informatico MapQTL? se han identificado seis QTL implicados en la regeneracion localizados en los cromosomas 1, 3, 4, 7 y 8. Cinco de los QTLs (SpRg-1, Rg-3, SpRg-4a, SpRg- 4b, SpRg-7) proceden del tomate silvestre S. pennellii y uno (SlRg-8) procede de S. lycopersicum. El porcentaje de varianza explicada por cada QTL va desde el 7,4% al 27%, dentro del rango comun (6-26%) registrado en el mapeo genetico de QTLs relacionados con la regeneracion in vitro en otros cultivos. SpRg-1 es el mayor responsable de la respuesta morfogenetica mientras que SpRg-7 promueve el desarrollo del brote hacia una planta completa. Por otra parte los QTLs detectados en los cromosomas 8 (SlRg-8) y 4 (SpRg-4a, SpRg-4b) podrian contener genes que influyen en la formacion de yemas y su desarrollo, respectivamente. Finalmente Rg-3, situado en la mitad del cromosoma 3 y ligado al gen de la invertasa acida, se presenta como un alelo putativo del gen Rg detectado en S. peruvianum (Rg-1) y S. chilense (Dunal) Reiche. (Rg-2). Ademas del genotipo, el tipo y combinacion de reguladores de crecimiento son importantes para el exito de los protocolos de regeneracion. En tomate, los reguladores de crecimiento mas utilizados son las citoquininas, o la combinacion de estas con auxinas. Otros reguladores como el etileno se han estudiado poco y los trabajos publicados muestran conclusiones dispares. Con el fin de estudiar la influencia del etileno en la regeneracion se han realizado ensayos con dos compuestos liberadores de etileno (Acido 1-aminociclopropano-1- carboxilico ? ACC? y acido 2-Cloroetil fosfonico ? Ethephon? ) y dos inhibidores de etileno: AgNO3, que inhibe la accion del etileno; y CoCl2, que inhibe la produccion de etileno. Los resultados obtenidos muestran que la concentracion y el momento de la aplicacion son dos factores fundamentales a tener en cuenta para el exito de la respuesta organogenica. En concreto, la aplicacion de inhibidores de etileno y su consecuente disminucion tiene un efecto negativo sobre la regeneracion en tomate ya que se disminuye y se retrasa la respuesta. Asi mismo, las plantas regenerantes obtenidas presentan tamano reducido, pudiendo aparecer vitrificacion y malformaciones. Por otra parte, la suplementacion de etileno puede mejorar la regeneracion. Asi, el numero de plantas regeneradas a partir de explantes de S. pennellii se duplico en los medios con ACC respecto al medio control. Si la aplicacion de ACC se realiza tras la induccion de las yemas, pasados 10 dias, el rendimiento total sera mayor. Este resultado indica que este compuesto podria ser utilizado para mejorar la regeneracion en aquellos genotipos donde una vez formadas las yemas, el desarrollo de estas hacia plantas es el paso limitante. Por otra parte, las plantas regenerantes obtenidas muestran buen desarrollo, por lo que la suplementacion de etileno no afecta al posterior crecimiento de las plantas regeneradas. Finalmente se ha estudiado la capacidad organogenica de las especies silvestres de tomate derivadas del complejo S. peruvianum L. sensu lato (s.l.): Solanum arcanum Peralta. , Solanum huaylasense Peralta. , Solanum corneliomulleri J. F. Macbr. y Solanum peruvianum L. sensu stricto (s.s.). Estas especies pueden tener un papel fundamental en la mejora, sobre todo de resistencias a factores bioticos. Sin embargo, debido a las barreras de hibridacion que existen entre estas y el tomate cultivado, no se han explotado en su totalidad en la mejora del cultivo. Para realizar cruces se ha recurrido a la fusion de protoplastos y el rescate de embriones. Sin embargo, no se ha estudiado la capacidad organogenica de las especies derivadas del complejo Peruvianum, lo que limita la aplicacion de estas tecnicas. En este trabajo se ha encontrado variabilidad intra e interespecifica en la capacidad organogenica de las especies silvestres derivadas de este complejo. En general, todas las accesiones ensayadas de S. corneliomulleri y S. huaylasense mostraron una elevada capacidad regenerativa y se han identificado accesiones recalcitrantes en S. arcanum (LA-2185) y S. peruvianum s.s (ECU-106 y CH-20). En este trabajo, tambien se ha realizado un analisis morfologico de las hojas que ha determinado que el numero de foliolos y el nivel de denticion de los mismo pueden ser utilizados en la identificacion in vitro de las especies del complejo. Sin embargo, el area de foliolo solo permite distinguir a S. arcanum del resto de especies del complejo. Finalmente se ha observado que las accesiones cuyas hojas tienen mayor numero de foliolos y mayor nivel de denticion tienen una mayor regeneracion.