La apomixis es una forma de reproducción clonal, donde no ocurre ni meiosis ni
fecundación para la formación de la semilla. Existe una estrecha relación entre la apomixis
y el nivel de ploidía, dado que en la mayoría de las especies que presentan el carácter los
genotipos diploides son sexuales y los poliploides son apomícticos y con un grado variable
de sexualidad (facultativos). Aunque se sabe que el carácter es regulado por una o más
regiones del genoma, se han hallado numerosas evidencias de mecanismos epigenéticos
que regulan su expresión. Conocer los factores que determinan la apomixis tendría un
gran impacto en la agricultura.
Eragrostis curvula (“pasto llorón”) es una gramínea forrajera originaria de Sudáfrica, que
incluye genotipos con diferentes niveles de ploidía (2X hasta 8X, con X = 10), que pueden
ser sexuales o apomícticos (facultativos u obligados). Nuestro grupo de trabajo realizó
numerosos estudios, sobre todo en el carácter apomixis, tanto a nivel de genética
estructural como funcional.
El objetivo de esta tesis fue contribuir a la dilucidación de las bases genéticas y
epigenéticas que regulan uno de los componentes de la apomixis (apomeiosis) en E.
curvula.
Se desarrolló una población de mapeo segregante para el carácter apomixis a partir del
cruzamiento entre dos genotipos tetraploides, uno sexual (OTA-S) y otro apomíctico
facultativo (Don Walter). La genotipificación se realizó con marcadores DArT-SNP y el
fenotipado mediante citoembriología y un marcador molecular dominante. El mapa de
ligamiento quedó conformado por 20 grupos de ligamiento (GL), con el posicionamiento
del APO locus en el GL1, donde también se ubicaron tres marcadores SNP 100 % ligados al
carácter apomeiosis. La secuencia de los SNP 100 % ligados tienen homología con
proteínas anotadas en bases de datos, que podrían estar relacionadas al modo
reproductivo. Se realizó un análisis de sintenia entre los GLs del mapa consenso y el
genoma de referencia de la especie (cv. Victoria) que permitió asociar todos los GLs a
alguno de los contigs y hallar los GLs que corresponderían potencialmente a cada uno de
los genomas del alotetraploide (homeólogos). Para la validación de los marcadores se
diseñaron y evaluaron cinco primers KASP que permitieron discriminar entre los alelos de
los individuos sexuales y apomícticos.
En el segundo capítulo se analizaron diferentes resultados obtenidos por el grupo de
trabajo que evidencian la influencia de la epigenética sobre el carácter apomixis en plantas
de E. curvula. Para analizar la participación de mecanismos de metilación del ADN en la
regulación de la apomixis bajo condiciones de estrés hídrico, se realizó un ensayo en el
cual muestras de ADN de inflorescencias fueron evaluadas mediante la “Estimación del
contenido de metilación por doble corte con enzimas de restricción sensibles” (MCSeEd).
En las regiones diferencialmente metiladas se lograron encontrar genes vinculados al
modo reproductivo, como BABYBOOM, ubiquitinas, FBox y subtilisinas. Podría afirmarse
que tanto el estrés interno como externo ejerce una gran influencia sobre el modo
reproductivo de E. curvula, modificando la expresión del carácter apomixis en plantas
apomícticas facultativas. / Apomixis is a type of clonal reproduction, where neither meiosis nor fertilization occurs in
seed formation. There is a close relationship between apomixis and ploidy level, since in
most of the apomictic species diploid genotypes are sexuals and polyploids are apomictics.
Usually, apomictic plants are facultative, being some of the seeds sexuals in origin.
Although it is known that this trait is regulated by one or more genomic regions, numerous
evidences of epigenetic mechanisms that regulate its expression have been found.
Knowing the factors that determine apomixis could have a great impact on agriculture.
Eragrostis curvula, commonly known as weeping lovegrass, is a forage grass native to
southern Africa, which includes genotypes with different ploidy levels (from 2X to 8X, with
X = 10) and that can be sexuals or apomictics (facultative or obligate). Our work group
carried out several studies on this model species, especially related with the apomixis
character, both at the structural and functional genetic level.
The objective of this thesis was to contribute to the elucidation of the genetic and
epigenetic bases that regulate one of the components of apomixis (apomeiosis) in E.
curvula.
A segregating mapping population was generated for the apomixis trait from the cross
between two tetraploid genotypes, one sexual (OTA-S) and the other one facultative
apomictic (Don Walter). Genotyping was performed with DArT-SNP markers and
phenotyping using cytoembryological techniques and a dominant molecular marker. The
linkage map was made up of 20 linkage groups (LGs), with the apomeisis locus (APO locus)
located on GL1, where three SNP markers 100 % linked to the APO locus were also located.
All of this 100 % linked SNPs have homology with proteins, two of these annotated in
databases. A synteny analysis was performed between the GLs of the consensus map and
the E. curvula reference genome (cv. Victoria), which allowed all the GLs to be associated
to any of the contigs and to find the GLs that would potentially correspond to each
allotetraploid genome (homeologs). For the validation of the markers, five KASP primers
were design and performed, allowing to discriminate between the sexual or apomictic
alleles of the ndividuals of the mapping population.
Furthermore, in a second chapter, several results obtained by the work group were
evaluated, demonstrating an influence of epigenetic regulation on the apomixis trait in E.
curvula. To analyze the involvement of DNA methylation mechanisms in the regulation of
apomixis under water stress conditions, DNA samples of inflorescences under different
stress conditions were evaluated, using the “Methylation content sensitive enzime
double-digest restriction-site-associated DNA” (MCSeEd) method. Some of the genes
identified in the differentially methylated regions were found to be related to the
reproductive mode, such as BABYBOOM, ubiquitin, F-box and subtilisin genes.
It could be proposed that stress, both internal and external, has a significant influence in
the reproductive mode of E. curvula, modifying the expression of the trait in facultative
apomicts.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/6481 |
| Date | 31 July 2023 |
| Creators | Gallardo, Jimena A. |
| Contributors | Echenique, Viviana, Zappacosta, Diego Carlos |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur. Departamento de Agronomía |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Format | application/pdf |
| Rights | 2 |
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