Caracterización de las LEAs 4 y 5 en la respuesta a estrés salino en Chenopodium quinoa Willd.

Rizzo, Axel Joel

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Caracterización de las LEAs 4 y 5 en la respuesta a estrés salino en Chenopodium quinoa Willd.
Título alternativo:	Characterization of Chenopodium quinoa Willd. LEAs 4 and 5 in response to saline stress
Autor:	Rizzo, Axel Joel
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA)
Fecha de defensa:	2023-07-28
Fecha en portada:	28 de julio del 2023
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas
Departamento Docente:	Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental
Director:	Burrieza, Hernán Pablo
Director Asistente:	Zelada, Alicia Mercedes
Consejero:	Iusem, Norberto Daniel
Jurado:	Ulloa de la Serna, Rita María; Battla, Diego; Galíndez, Guadalupe
Idioma:	Español
Palabras clave:	QUINUA; ESTRES SALINO; PROTEINAS DE EMBRIOGENESIS TARDIA; PROTEOMICA; ANALISIS DE EXPRESIONQUINOA; SALT STRESS; LATE EMBRYOGENESIS ABUNDANT PROTEINS; PROTEOMICS; EXPRESSION ANALYSIS
Formato:	PDF
Handle:	https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7386_Rizzo
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7386_Rizzo.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7386_Rizzo
Ubicación:	BIO 007386
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Rizzo, Axel Joel. (2023). Caracterización de las LEAs 4 y 5 en la respuesta a estrés salino en Chenopodium quinoa Willd.. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7386_Rizzo

Resumen:

La salinización de los suelos tiene un impacto devastador en los cultivos, ocasionando pérdidas económicas significativas debido a la reducción de la productividad y calidad de las cosechas. Chenopodium quinoa Willd (quinua) es un cultivo originario de los Andes, valorado por su alto perfil nutricional y adaptabilidad a diferentes condiciones climáticas. Una de las características destacadas de la quinua es su notable tolerancia a varios tipos deestrés abiótico. Esto ha despertado un gran interés en la investigación científica, ya que la quinua puede proporcionar valiosos recursos genéticos y mecanismos adaptativos que pueden ser utilizados en el mejoramiento de cultivos. Las plantas han desarrollado estrategias y mecanismos de adaptación frente al estrés, incluyendo la síntesis de proteínas específicas involucradas en la tolerancia al estrés como las proteínas LEAs (del inglés, Late Embryogenesis Abundant). Las LEAs son proteínas altamente conservadas y ampliamente distribuidas en el reino vegetal que, a pesar de su nombre pueden ser halladas en otras etapas del ciclo de vida de las plantas y en diversos tejidos. Se caracterizan por su acumulación en respuesta a diferentes tipos de estrés abiótico y tienen la capacidad de proteger las células vegetales contra el daño inducido por el estrés, preservando la estructura y/o función de diferentes biomoléculas. El objetivo general del trabajo fue el identificar proteínas LEA presentes en C. quinoa Willd. y caracterizar candidatas relacionadas con la respuesta al estrés salino y el desarrollo de la semilla madura. El objetivo del Capítulo 1 fue caracterizar el proteoma de semillas de distintos cultivares de quinoa provenientes de regiones con condiciones edafoclimáticas contrastantes. Los resultados obtenidos brindan una visión sobre las vías metabólicas más importantes para las semillas maduras de quinua. Interesantemente, el perfil de LEAs observado sugiere un rol de las LEA_4, LEA_5 y SMP (del inglés seed maturation protein) en la viabilidad de las semillas, probablemente relacionado con la capacidad de tolerar la desecación inherente al proceso de formación de las semillas ortodoxas. Los cultivares Sajama, Amarilla de Maranganí y Nariño presentaron un patrón de expresión de estas proteínas compatible con el observado en semillas ortodoxas, por el contrario, el cultivar Chadmo, de origen chileno, mostró menores niveles de abundancia de estas mismas LEAs. Esto podría reflejar otra característica distintiva entre los dos eventos de domesticación recientemente sugeridos para C. quinoa. El objetivo del Capítulo 2 fue identificar todas las proteínas LEA presentes en el genoma de C. quinoa, y caracterizar estructural y filogenéticamente a los grupos LEA_3 y LEA_4. Se identificaron 43 proteínas LEAs distribuidas de la siguiente forma: LEA_1 (5), LEA_2 (12), LEA_3 (5), LEA_4 (4), LEA_5 (4), LEA_6 (2) y SMPs (11). Para las LEA_3 se identificaron 3 subgrupos, dos de los cuales conforman grupos ortólogos separados con características físico-químicas similares, mientras que el tercer subgrupo no posee información suficiente para verificar su ancestralidad. En quinua se hallaron representantes de los tres subgrupos de LEA_3 definidos. Para las LEA_4 se identificaron 3 subgrupos, uno de los cuales comprendía únicamente especies dicotiledóneas, otro solo con monocotiledóneas, ambos conformando grupos ortólogos separados, y un tercer subgrupo sin suficiente evidencia para verificar su ancestralidad. Todos los subgrupos de LEA_4 mostraron diferencias en varias de las características físico-químicas estudiadas. Un candidato de cada grupo de LEAs fue seleccionado para realizar estudios de expresión. El objetivo del Capítulo 3 fue caracterizar la expresión de las LEA_3 y LEA_4 en respuesta al estrés salino. Las LEA_3 mostraron estar presentes en plántulas de cuatro genotipos (Cahuil, BO25, Villarrica y Sajama) y en hojas, raíces y flores de plantas adultas del genotipo BO25. No se detectaron cambios significativos en la expresión de este gen por tratamiento salino en ninguno de los estadios de desarrollo analizados. Las LEA_4 se encuentran presentes en plántulas y muestran una inducción bajo tratamiento salino en tres de los cuatro genotipos estudiados. En plantas adultas en condición control el transcripto resultó indetectable en hojas y raíces, mientras que en flores se encontraba presente. Se detectó una inducción de la LEA de interés en raíces de plantas del genotipo BO25 sometidas a estrés salino. Se procedió con el clonado de la LEA_4 de interés para su estudio funcional mediante expresión en sistemas heterólogos, obteniendo hasta el momento la secuencia codificante de una de sus isoformas en un vector pGEM-T Easy.

Abstract:

Soil salinization has a devastating impact on crops, causing significant economic losses due to reduced productivity and crop quality. Chenopodium quinoa Willd (quinoa) is a crop native to the Andes, valued for its high nutritional value and adaptability to different climatic conditions. One of the outstanding characteristics of quinoa is its remarkable tolerance to abiotic stress. This has raised great interest in scientific research, since quinoa can provide valuable genetic resources and adaptive mechanisms that can be used in crop improvement. Plants have developed strategies and mechanisms to adapt to stress, including the synthesis of specific proteins involved in stress tolerance such as LEAs (Late Embryogenesis Abundant) proteins. LEAs are highly conserved and widely distributed proteins in the plant kingdom that, despite their name, can be found in other stages of the plant life cycle and in various tissues. They are characterized by their accumulation in response to different types of abiotic stress and have the ability to protect plant cells against stress-induced damage, preserving the structure and/or function of different biomolecules. The general objective of the work was to identify LEA proteins present in C. quinoa Willd. and to characterize candidates related to the response to saline stress and the development of the mature seed The objective of Chapter 1 was to characterize the seed proteome of different quinoa cultivars from regions with contrasting edaphoclimatic conditions. The results obtained provide insight into the most important metabolic pathways for mature quinoa seeds. Interestingly, the observed LEA profile suggests a role for LEA_4, LEA_5 and SMP (seed maturation protein) in seed viability, probably related to the ability to tolerate desiccation inherent to the seed maturation process of orthodox seeds. Sajama, Amarilla de Maranganí and Nariño cultivars presented an expression pattern of these proteins compatible with that observed in orthodox seeds, on the contrary, the Chadmo, of Chilean origin, showed lower levels of abundance of these same LEAs. This could reflect another distinguishing feature between the two suggested domestication events for C. quinoa. The objective of Chapter 2 was to identify all the LEA proteins present in the C. quinoa genome, and to characterize the groups LEA_3 and LEA_4 structurally and phylogenetically. A total of 43 LEA proteins were identified, distributed as follows: LEA_1 (5), LEA_2 (12), LEA_3 (5), LEA_4 (4), LEA_5 (4), LEA_6 (2) and SMPs (11). For LEA_3, 3 subgroups were identified, two of which make up separate orthologous groups with similar physicochemical characteristics, while the third subgroup does not have sufficient information to verify its ancestry. In quinoa, representatives of the three subgroups of LEA_3 defined were found. For LEA_4, 3 subgroups were identified, one of which included only dicotyledonous species, another only with monocots, both forming separate orthologous groups, and a third subgroup without sufficient evidence to verify their ancestry. All LEA_4 subgroups showed differences in several of the physicochemical characteristics studied. One candidate from each group of LEAs was selected to perform expression studies. The objective of Chapter 3 was to characterize the expression of LEA_3 and LEA_4 in response to salt stress. The LEA_3 of interest was shown to be present in seedlings of four genotypes (Cahuil, BO25, Villarica and Sajama) and in leaves, roots and flowers of adult plants of the BO25 genotype. No significant changes in the expression of this gene were detected by saline treatment in any of the development stages analyzed. The LEA_4 of interest is present in seedlings and show an induction under saline treatment in three of the four genotypes studied. In adult plants in control condition, the transcript was undetectable in leaves and roots, while it was present in flowers. An induction of the LEA of interest was detected in roots of plants of the BO25 genotype subjected to saline stress. The LEA_4 of interest was cloned for its functional study by means of expression in heterologous systems, thus far obtaining the coding sequence of one of its isoforms in a pGEM-T Easy vector.

Citación:

---------- APA ----------

Rizzo, Axel Joel. (2023). Caracterización de las LEAs 4 y 5 en la respuesta a estrés salino en Chenopodium quinoa Willd.. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7386_Rizzo

---------- CHICAGO ----------

Rizzo, Axel Joel. "Caracterización de las LEAs 4 y 5 en la respuesta a estrés salino en Chenopodium quinoa Willd.". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2023.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7386_Rizzo

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