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ACI Avances en Ciencias e Ingenierías

SECCIÓN B: CIENCIAS DE LA VIDA

Vol. 15 Núm. 2 (2023)

Análisis de la expresión del gen de la S-RNasa en cruzas controladas de Prunus serotina subsp. Capulí

DOI
https://doi.org/10.18272/aci.v15i2.2980
Enviado
mayo 12, 2023
Publicado
2023-11-09

Resumen

El árbol de capulí (Prunus serotina subsp. capulí) pertenece a la familia Rosaceae y es originario de América del Norte, aunque se encuentra ampliamente distribuido en zonas frías y templadas de Sudamérica, especialmente en Ecuador. Su fruto es una baya pequeña de alto interés comercial debido a las sustancias terapéuticas que contiene como antioxidantes, asociados al tratamiento de enfermedades cardiovasculares e inflamatorias. Tanto productores nacionales como pueblos ancestrales lo utilizan para la elaboración de mermeladas y bebidas fermentadas y/o espirituosas. Sin embargo, no existen cultivos agrícolas establecidos como tales en el Ecuador, por lo que resulta interesante estudiar sus mecanismos de reproducción para aplicarlos en programas de agricultura y reforestación. En especies como P. serotina es interesante entender el mecanismo GSI (gametophytic self-incompatibility) que ha evolucionado en flores hermafroditas para evitar la endogamia y que implica una limitación para la producción de frutos. El GSI es controlado por el Locus S, conformado por el gen de la S-RNasa (expresado en el pistilo) y el gen SFB, (expresado en el polen). La dinámica entre los dos genes activa o desactiva ciertas proteínas que influyen en la compatibilidad o incompatibilidad de una determinada cruza, funcionando como un complejo molecular a modo de llave y cerradura. Este sistema evita que cruzas entre individuos genéticamente emparentados puedan generar frutos, ya que trunca el crecimiento de tubos polínicos que no pueden llegar al ovario a fecundar. Esta investigación tuvo como objetivo estudiar la expresión del gen de la S-RNasa, en cruzas compatibles e incompatibles del capulí. Para esto, se realizaron polinizaciones controladas, se extrajo ARN y se realizó una RT-qPCR. Con los valores Ct obtenidos de las qPCR, se realizaron análisis estadísticos para determinar la significancia de la expresión génica entre las cruzas compatibles e incompatibles. Se complementó el estudio con un análisis del desarrollo de tubos polínicos en las distintas cruzas para entender la relación con la expresión del gen de la S-RNasa. Los resultados alcanzados sugieren que, en el caso del capulí, puede suceder una supresión del sistema GSI, provocando que cruzas consideradas como incompatibles actúen como compatibles.

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Citas

  1. León, J. (2000). Fundamentos Botánicos de los Cultivos Tropicales. Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA).
  2. Ramírez, F. y Davenport, T. (2016). The phenology of the capuli cherry [Prunus serotina subsp. capuli (Cav.) McVaugh] characterized by the BBCH scale, landmark stages and implications for urban forestry in Bogotá, Colombia. Urban Forestry & Urban Greening, 19, 202-211. doi: https://doi.org/10.1016/j.ufug.2016.06.028
  3. Málaga, R. et. al. (2009). Caracterización y evaluación de los recursos naturales de la microcuenca cunyatupe. Revista del Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica, 12(23), 12-20. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=8135799
  4. Baños, K. (2017). Identificación y descripción de las características anatómicas de la madera de Prunus serotina (Capulí) procedente de tres provincias: Chimborazo, Tungurahua y Cotopaxi. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/6683
  5. Cueva, C. (2019). Etnobotánica de las plantas medicinales del caserío Laguna San Nicolas. Universidad Nacional de Cajamarca
  6. Chucuri, J.J., Monteros, A., Borja, E.J. y Tapia B.C. (2013). Colecta y caracterización morfológica in situ de capulí (Prunus serótina Ehrh) del banco nacional de germopasma del INIAP-Ecuador. En J. Grijalva Olmedo, R. Ramos Veintimilla, R. Vera Vélez, P. Barrera Aguilar y F. Sigcha Morales (Eds.). Primer Encuentro Nacional de Bosques, Recursos Genéticos Forestales y Agroforestales: Memorias del Evento (pp. 144-150). INIAP, Estación Experimental Santa Catalina, Programa Nacional de Forestería. http://repositorio.iniap.gob.ec/handle/41000/928
  7. Zavala, D. et. al. (2006). Efecto citotóxico de Physalis peruviana (capulí) en cáncer de colon y leucemia mieloide crónica. Anales de la Facultad de Medicina, 67(4), 283-289. http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1025-55832006000400002
  8. Torres, R. y Teves, F. (2011). Estudio comparativo de la actividad antioxidante in vitro de los extractos antociánicos y caracterización de las antocianidinas en los frutos de las especies vegetales Prunus serótina (capuli) [Tesis, Universidad Nacional de San Antonio de Cusco]. Repositorio Institucional Universidad Nacional de San Antonio de Cusco. http://hdl.handle.net/20.500.12918/1061
  9. Ruiz, S. (2018). Características farmacognósticas y cuantificación espectrofotométrica de antocianinas totales del fruto de Prunus serotina subsp. capuli (Cav.) McVaugh (Rosaceae) “capulí”. Arnaldoa, 25(3), 961-980. http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2413-32992018000300009
  10. Ruales Estupiñán, C. (2007). Estudios para la recuperación de la flora nativa en el valle de Tumbaco-Distrito Metropolitano de Quito: inventario florístico y ensayo de propagación vegetativa [Tesis de Máster, Universidad San Francisco de Quito USFQ]. Repositorio Digital USFQ. http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/886
  11. Acosta, A. (2019). Caracterización carpológica de la especie de uso alimenticio Prunus serotina Kunth 1879 en la Zona Central de los Andes del Ecuador [Tesis de Pregrado, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo]. DSpace ESPOCH. http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/12342
  12. Roalson, E. H. y McCubbin, A. G. (2003). S-RNases and sexual incompatibility: structure, functions, and evolutionary perspectives. Molecular phylogenetics and evolution, 29(3), 490-506. doi: https://doi.org/10.1016/S1055-7903(03)00195-7
  13. De Nettancourt, D. (2001). Incompatibility and incongruity in wild and cultivated plants. Springer Berlin, Heidelberg. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-662-04502-2
  14. Yamane, H. y Tao, R. (2009). Molecular basis of self-(in) compatibility and current status of S-genotyping in Rosaceous fruit trees. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science, 78(2), 137-157. doi: https://doi.org/10.2503/jjshs1.78.137
  15. Tao, R. y Iezzoni, A. F. (2010). The S-RNase-based gametophytic self-incompatibility system in Prunus exhibits distinct genetic and molecular features. Scientia Horticulturae, 124(4), 423-433. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2010.01.025
  16. Hua, Z. H., Fields, A. y Kao, T. H. (2008). Biochemical models for S-RNase-based self-incompatibility. Molecular Plant, 1(4), 575-585. doi: https://doi.org/10.1093/mp/ssn032
  17. Wu, J., Gu, C., Khan, M. A., Wu, J., Gao, Y., Wang, C. y Zhang, S. (2013). Molecular determinants and mechanisms of gametophytic self-incompatibility in fruit trees of Rosaceae. Critical Reviews in Plant Sciences, 32(1), 53-68. doi: https://doi.org/10.1080/07352689.2012.715986
  18. McClure, B. (2009). Darwin’s foundation for investigating self-incompatibility and the progress toward a physiological model for S-RNase-based SI. Journal of experimental botany, 60(4), 1069-1081. doi: https://doi.org/10.1093/jxb/erp024
  19. Correa, L. (2018). Caracterización molecular y diseño de marcadores moleculares CAPS para el gen de la S-RNasa en Prunus serotina subsp. capuli [Tesis de Pregrado, Universidad San Francisco de Quito USFQ]. Repositorio Digital USFQ. http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/7363
  20. Baquero Méndez, V. Y. (2018). Estudio preliminar fenotípico de la incompatibilidad gametofítica en capulí (Prunus serotina subsp. capuli) [Tesis de Pregrado, Universidad San Francisco de Quito USFQ]. Repositorio Digital USFQ. http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/7782
  21. Asma, B. M. (2008). Determination of pollen viability, germination ratios and morphology of eight apricot genotypes. African Journal of Biotechnology, 7(23). https://www.ajol.info/index.php/ajb/article/view/59562
  22. Gambino, G., Perrone, I. y Gribaudo, I. (2008). A rapid and effective method for RNA extraction from different tissues of grapevine and other woody plants. Phytochemical analysis, 19(6), 520-525. doi: https://doi.org/10.1002/pca.1078
  23. Gómez, E. M., Dicenta, F., Martínez-García, P. J. y Ortega, E. (2015). iTRAQ-based quantitative proteomic analysis of pistils and anthers from self-incompatible and self-compatible almonds with the S f haplotype. Molecular Breeding, 35(5), 1-14. https://link.springer.com/article/10.1007/s11032-015-0314-5
  24. Pazmiño Cajiao, M. A. (2018). Evaluación de crecimiento y expresión de genes relacionados a las rutas metabólicas del ácido jasmónico y ácido salicílico después de la aplicación de glifosato en Arabidopsis thaliana [Tesis de Pregrado, Universidad San Francisco de Quito USFQ]. Repositorio Digital USFQ. http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/7533
  25. Gómez, E. M., Buti, M., Sargent, D. J., Dicenta, F. y Ortega, E. (2019). Transcriptomic analysis of pollen-pistil interactions in almond (Prunus dulcis) identifies candidate genes for components of gametophytic self-incompatibility. Tree Genetics & Genomes, 15(4), 1-13. https://link.springer.com/article/10.1007/s11295-019-1360-7
  26. Erazo García, M. P. (2019). Determinación de la producción de alcaloides y análisis de expresión de genes de defensa inducidos por metil jasmonato en semillas de chocho (Lupinus mutabilis sweet) [Tesis de Pregrado, Universidad San Francisco de Quito USFQ]. Repositorio Digital USFQ. http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/7800
  27. Molina Arias, M. (2017). ¿Qué significa realmente el valor de p? Pediatría Atención Primaria, 19(76), 377-381.
  28. Radičević, S., Cerović, R., Nikolić, D. y Đorđević, M. (2016). The effect of genotype and temperature on pollen tube growth and fertilization in sweet cherry (Prunus avium L.). Euphytica, 209(1), 121-136. doi: https://doi.org/10.1007/s10681-016-1645-y
  29. García-Valencia, L. E., Bravo-Alberto, C. E. y Cruz-García, F. (2013). Evitando el incesto en las plantas: control genético y bioquímico. TIP Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, 16(1), 57-65. https://www.medigraphic.com/cgi-bin/new/resumen.cgi?IDARTICULO=42710
  30. Gordillo-Romero, M., Correa-Baus, L., Baquero-Méndez, V., de Lourdes Torres, M., Vintimilla, C., Tobar, J. y Torres, A. F. (2020). Gametophytic self-incompatibility in Andean capuli (Prunus serotina subsp. capuli): allelic diversity at the S-RNase locus influences normal pollen-tube formation during fertilization. PeerJ, 8, e9597. doi: https://doi.org/10.7717/peerj.9597
  31. Yamane, H., Tao, R., Sugiura, A., Hauck, N. R. y Iezzoni, A. F. (2001). Identification and characterization of S-RNases in tetraploid sour cherry (Prunus cerasus). Journal of the American Society for Horticultural Science, 126(6), 661-667. doi: https://doi.org/10.21273/JASHS.126.6.661
  32. Hauck, N. R., Yamane, H., Tao, R. y Iezzoni, A. F. (2002). Self-compatibility and incompatibility in tetraploid sour cherry (Prunus cerasus L.). Sexual Plant Reproduction, 15(1), 39-46. doi: https://doi.org/10.1007/s00497-002-0136-6
  33. Yi, W., Law, S. E., McCoy, D. y Wetzstein, H. Y. (2006). Stigma development and receptivity in almond (Prunus dulcis). Annals of Botany, 97(1), 57-63. doi: https://doi.org/10.1093/aob/mcj013
  34. Hedhly, A. (2003). Efecto de la temperatura sobre la fase reproductiva en cerezo (Prunus avium L.) [Tesis doctoral, Universidad de Lleida]. Digital CSIC. http://hdl.handle.net/10261/128750
  35. DeCeault, M. T. y Polito, V. S. (2008). High temperatures during bloom can inhibit pollen germination and tube growth, and adversely affect fruit set in the prunus domestica cultvars’improved french’and’muir beauty’. Acta Horticulturae 874(874), 163-168. https://www.researchgate.net/publication/284250781_High_temperatures_during_bloom_can_inhibit_pollen_germination_and_tube_growth_and_adversely_affect_fruit_set_in_the_Prunus_domestica_cultvars_’Improved_French’_and_’Muir_Beauty’
  36. Orlando Marchesano, B. M., Chiozzotto, R., Baccichet, I., Bassi, D. y Cirilli, M. (2022). Development of an HRMA-Based Marker Assisted Selection (MAS) Approach for Cost-Effective Genotyping of S and M Loci Controlling Self-Compatibility in Apricot (Prunus armeniaca L.). Genes, 13(3), 548. doi: https://doi.org/10.3390/genes13030548
  37. Dongariyal, A., Dimri, D. C., Kumar, P., Choudhary, A., Jat, P. K., Basile, B. y Singh, A. (2022). Pollen-Pistil Interaction in Response to Pollination Variants in Subtropical Japanese Plum (Prunus salicina Lindl.) Varieties. Plants, 11(22), 3081. doi: https://doi.org/10.3390/plants11223081
  38. Sullivan, J. A., Shirasu, K. y Deng, X. W. (2003). The diverse roles of ubiquitin and the 26S proteasome in the life of plants. Nature Reviews Genetics, 4, 948-958. doi: https://doi.org/10.1038/nrg1228
  39. Tsukamoto, T., Ando, T., Kokubun, H., Watanabe, H., Sato, T., Masada, M. y Kao, T. H. (2003). Breakdown of selfincompatibility in a natural population of Petunia axillaris caused by a modifier locus that suppresses the expression of an S-RNase gene. Sexual Plant Reproduction, 15(5), 255-263. doi: https://doi.org/10.1007/s00497-002-0161-5
  40. Hancock, C., Kent, L. y McClure, B. (2005). The stylar 120 kDa glycoprotein is required for S-specific pollen rejection in Nicotiana. The Plant Journal, 43, 716-723. doi: https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2005.02490.x
  41. Li, Y., Wu, J., Wu, C., Yu, J., Liu, C., Fan, W. y Li, W. (2020). A mutation near the active site of S-RNase causes selfcompatibility in S-RNase-based self-incompatible plants. Plant molecular biology, 103(1), 129-139. doi: https://doi.org/10.1007/s11103-020-00979-z
  42. Cardozo, T. y Pagano, M. (2004). The SCF ubiquitin ligase: insights into a molecular machine. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 5, 739-751. doi: https://doi.org/10.1038/nrm1471
  43. Sonneveld, T., Tobutt, K. R., Vaughan, S. P. y Robbins, T. P. (2005). Loss of pollen-S function in two self-compatible selections of Prunus avium is associated with deletion/mutation of an S haplotype–specific F-Box gene. The Plant Cell, 17(1), 37-51. doi: https://doi.org/10.1105/tpc.104.026963
  44. Ahmad, M. H., Rao, M. J., Hu, J., Xu, Q., Liu, C., Cao, Z. y Chai, L. (2022). Systems and breakdown of self-incompatibility. Critical Reviews in Plant Sciences, 41(3), 209-239. doi: https://doi.org/10.1080/07352689.2022.2093085
  45. Cachi, A. M. (2011). Incompatibilidad polen-pistilo en cerezo (prunus avium l). Caracterización de nuevas fuentes de autocompatibilidad [Tesis, Universidad de Zaragoza]. Dialnet. https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=204897
  46. Halász, J., Pedryc, A. y Hegedűs, A. (2007). Origin and dissemination of the pollen‐part mutated SC haplotype which confers self‐compatibility in apricot (Prunus armeniaca). New Phytologist, 176(4), 792-803. doi: https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.02220.x
  47. Kakui, H., Kato, M., Ushijima, K., Kitaguchi, M., Kato, S. y Sassa, H. (2011). Sequence divergence and loss‐of‐function phenotypes of S locus F‐box brothers genes are consistent with non‐self recognition by multiple pollen determinants in self‐incompatibility of Japanese pear (Pyrus pyrifolia). The Plant Journal, 68(6), 1028-1038. doi: https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2011.04752.x
  48. Gu, C., Wang, L., Korban, S. S. y Han, Y. (2015). Identification and characterization of S-RNase genes and S-genotypes in Prunus and Malus species. Canadian Journal of Plant Science, 95(2), 213-225. doi: https://doi.org/10.4141/cjps-2014-254
  49. Dongariyal, A., Dimri, D. C., Kumar, P., Choudhary, A., Jat, P. K., Basile, B., Mataffo, A. et al. (2022). Pollen-Pistil Interaction in Response to Pollination Variants in Subtropical Japanese Plum (Prunus salicina Lindl.) Varieties. Plants, 11(22), 3081.doi: http://dx.doi.org/10.3390/plants11223081
  50. Orlando Marchesano, B. M., Chiozzotto, R., Baccichet, I., Bassi, D. y Cirilli, M. (2022). Development of an HRMA-Based Marker Assisted Selection (MAS) Approach for Cost-Effective Genotyping of S and M Loci Controlling Self-Compatibility in Apricot (Prunus armeniaca L.). Genes, 13(3), 548. doi: http://dx.doi.org/10.3390/genes13030548