Expresión diferencial de transcriptos asociados a la androesterilidad inducida por imidazolinonas en girasol resistente

El cultivo de girasol (Helianthus annuus L.) de origen norteamericano, es el segundo cultivo oleaginoso en importancia de la Argentina. El mejoramiento genético asociado a la implementación de tecnologías de producción constituye un factor crítico para la optimización de la productividad y competitividad de los cultivos. La producción de semillas híbridas a nivel mundial se basa casi exclusivamente en el uso de un único sistema de androesterilidad conocido como CMS PET1, lo que conlleva una alta vulnerabilidad genética. Es por esto que resulta sumamente necesario contar con nuevos sistemas de producción de híbridos en girasol. Se ha propuesto un nuevo método para inducir androesterilidad a través del tratamiento con imidazolinonas (herbicidas pertenecientes al grupo de inhibidores de la enzima acetohidroxiácido sintasa, AHAS) en estadios reproductivos tempranos en aquellas plantas que portan alelos de resistencia para esta familia de herbicidas. Este método de generación de androesterilidad podría ser aplicado a cualquier tipo de germoplasma para la obtención de híbridos, otorgando así una amplia flexibilidad a los esquemas de mejoramiento genético. No obstante, los mecanismos subyacentes implicados en la inducción de la esterilidad por medio de este tratamiento no han sido estudiados. Este trabajo tuvo como objetivo la caracterización molecular de un nuevo método de generación de androesterilidad por medio del tratamiento con imidazolinonas de líneas resistentes. Por un lado, se realizó un análisis de la fisiología y anatomía del polen y semillas en plantas tratadas con 160 gr i.a. ha-1 de imazapir y plantas control en dos genotipos de girasol que difieren en el nivel de resistencia a imidazolinonas: completamente resistente (R, Imr1Imr1Imr2Imr2) y de resistencia intermedia (I, Imr1Imr1imr2imr2). Por otro, se estudiaron los transcriptos diferencialmente expresados entre dichas plantas. Se analizaron los parámetros fisiológicos del polen, de semillas y el desarrollo del tejido esporogénico por microscopía de contraste interdiferencial. El número de granos de polen por flor en ambos genotipos denotó una reducción significativa en plantas tratadas con respecto al control, siendo para el genotipo R: 444 ± 156 y 21.806 ± 607 granos de polen por flor, mientras que para I 1.344 ± 357 y 18.754 ± 969 granos. Mediante el estudio de la exomorfología del polen no se detectaron diferencias significativas en cuanto al número de espinas entre plantas tratadas y control, aunque se evidenciaron diferencias en el diámetro del poro únicamente para el genotipo de resistencia intermedia. Los porcentajes de números de granos viables en plantas control 10 (89,3%) superaron significativamente el porcentaje detectado en plantas tratadas (69,3%) en el genotipo R como en el genotipo I, 90% y 68,4% respectivamente. La cantidad de semillas viables se correspondió con la producción de polen, reduciéndose a valores mínimos en plantas tratadas tanto para el genotipo R (8,2%) como para el I (12,5%), dando diferencias altamente significativas respecto a los controles (p-valor<0,01). A nivel de tejido esporogénico se observaron alteraciones en el desarrollo del polen en ambos genotipos tratados, donde se visualizaron grandes espacios vacíos y en ocasiones completa ausencia de microsporas. La caracterización transcriptómica se abordó mediante la extracción de ARN e identificación por cDNA-AFLP de transcriptos diferencialmente expresados entre plantas tratadas y control. Se obtuvieron 948 fragmentos derivados de transcriptos, de los cuales 617 fueron categorizados en dos grupos principales: inducidos y suprimidos por el tratamiento; y cada uno subdividido en etapa temprana y tardía respecto al desarrollo del tejido esporogénico. Además, se lograron aislar y secuenciar 73 fragmentos de expresión diferencial, los cuales fueron comparados con secuencias conocidas en bases de datos públicas. Evitando redundancias se realizaron agrupamientos, obteniendo 11 contigs y 31 singletones, constituyendo así 42 secuencias únicas. Los transcriptos pudieron ser agrupados según sus funciones biológicas en 14 grupos, siendo los más representados: traducción, fosforilación de proteínas, procesamiento de xenobióticos, vías de señalización intracelular, proteínas de transporte transmembrana y proteínas de respuesta celular a estímulos. En menor proporción se identificaron proteínas de unión a ADN, actividad endopeptidasa, proteínas de óxido reducción, proteínas de almacenamiento, envoltura y motilidad celular (ELMO), y proteínas involucradas en procesos redox. Los transcriptos simultáneamente inducidos y suprimidos por el tratamiento en ambos genotipos resultaron particularmente interesantes ya que formarían parte del mecanismo de inducción de androesterilidad propiamente dicho. Por otro lado, diez de las 42 secuencias únicas no presentaron homologías con las bases de datos. En base a estos resultados hemos planteado un posible mecanismo del efecto gametocida del imazapir. Los resultados presentados contribuyen en el corto plazo a ampliar la frontera del conocimiento respecto a esta nueva herramienta para la generación de híbridos y en el mediano plazo a la optimización de los esquemas de mejoramiento del cultivo girasol.