Identificación y análisis de genes relacionados con la capacidad de enraizamiento en castaño (" Castanea sativa mill. ")

Resumen

Resumen El enraizamiento adventicio es un proceso morfogenético cuyas bases genéticas y moleculares son poco conocidas, particularmente en las especies de interés forestal. Dada su relevancia económica, es necesario ahondar en la identificación de genes relacionados con este proceso. El castaño europeo (Castanea sativa Mill.) es una especie profundamente arraigada en la cultura popular en España y otros países del sur de Europa, pero el conocimiento genético que se tiene de él es escaso. Esto dificulta la optimización de sus aprovechamientos y el tratamiento de las enfermedades causadas por sus agentes patógenos más comunes. Un sistema de cultivo in vitro de castaño establecido en nuestro laboratorio hace veinte años se utilizó como material en los trabajos de esta memoria. Dicho sistema consta de dos líneas de brotes, establecidas a partir del mismo individuo inicial (clon P2): por un lado se tomaron ramas de la copa del árbol (línea C), y por otro se cogieron los renuevos basales que aparecían al pie del tronco (línea Rb). Los brotes de P2 C presentan características de adultos, mientras que los brotes de P2 Rb se comportan como juveniles, aunque ambas líneas tienen el mismo genotipo. Las diferencias entre ambas tipos de brotes son consecuencia del proceso de cambio de fase o maduración que el árbol sufrió durante su desarrollo. Cuando son tratados con auxina, los brotes juveniles forman raíces adventicias, mientras que los brotes adultos no las forman y dan lugar a una estructura de callo. La aplicación de diferentes técnicas de biología molecular ha permitido aislar dos secuencias en castaño potencialmente ligadas al proceso de formación de raíces adventicias, y que muestran una expresión diferencial entre los brotes de ambas líneas del clon P2. Por un lado se aisló una secuencia que hemos denominado CsSCL-1 (Castanea sativa Scarecrow-like 1). Este gen pertenece a la familia GRAS de reguladores de la transcripción. Los análisis de homología llevados a cabo sobre esta secuencia, así como su perfil de expresión en respuesta al tratamiento con auxina, indican que este gen podría jugar un papel relevante en el proceso de formación de raíces adventicias. El gen aumenta su expresión en las primeras 24 horas tras la aplicación de la hormona en las dos líneas de brotes, momento que se corresponde con los procesos de desdiferenciación celular en estos tejidos por acción de la auxina. El gen alcanza diferentes niveles de expresión en ambas líneas de brotes; en los brotes de P2 Rb la expresión se mantiene elevada hasta las 72 horas tras el tratamiento, mientras que en los brotes de P2 Copa tras 24 horas la expresión cae a los niveles basales. Parece que el gen CsSCL-1 juega un papel relevante en los procesos de desdiferenciación y reorganización celular que tienen lugar en ambos tipos de brotes con posterioridad al tratamiento hormonal, pero además su expresión sostenida más allá de las 24 horas se relaciona con la formación de raíces adventicias en los explantos de P2 Rb, quizás debido al control que este gen pueda estar ejerciendo sobre las divisiones celulares. CsSCL-1 muestra también una expresión elevada en aquellos tejidos que contienen meristemos, por lo que podría participar también en la adquisición de la identidad troncal por las células. A partir de los tejidos de castaño se aisló otra secuencia, que hemos llamado CsGH3-1, la cual también muestra una expresión diferencial entre ambas líneas de brotes cuando son tratadas con auxina. Este gen pertenece a una familia de genes de respuesta temprana a la hormona, y las homologías que presenta parecen indicar que la función de la proteína para la cual codifica podría ser formar conjugados de auxina con aminoácidos, de este modo reduciendo los niveles de hormona libre (activa) en los tejidos. Tras el mismo tratamiento auxínico los niveles de expresión de CsGH3-1 son mayores en las bases de los brotes de origen adulto. Estos resultados implican que existe un metabolismo de auxina diferente entre ambos tipos de brotes como consecuencia del proceso de maduración, y que una mayor expresión de CsGH3-1 en los brotes adultos se relaciona con la incapacidad de los tejidos para formar raíces adventicias. En conclusión, el proceso de maduración que tuvo lugar en el árbol que hemos denominado P2 acarreó una serie de cambios importantes en el control y nivel de expresión de un número indeterminado de genes, dos de los cuales se describen aquí. Los mecanismo epigenéticos implicados en estos procesos pueden ser diversos, y su control sobre la expresión génica escapa a la acción de la auxina aplicada.