Respuesta morfofisiológica y molecular de Atriplex canescens (Pursh) Nutt. a estrés salino y transferencia de halotolerancia hacia un organismo modelo

Garza Aguirre, Raúl Alejandro (2020) Respuesta morfofisiológica y molecular de Atriplex canescens (Pursh) Nutt. a estrés salino y transferencia de halotolerancia hacia un organismo modelo. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

El estrés salino es una de las formas de estrés abiótico que limita en gran medida la producción y aprovechamiento de los cultivos, especialmente en regiones áridas y semiáridas. En la familia Chenopodiaceae en particular las especies del género Atriplex poseen adaptaciones que brindan ventajas en ambientes salinos. En México este género es considerado un importante recurso ecológico, sin embargo es escasa la información que se tiene sobre su fisiología. Con el objetivo de contribuir al conocimiento sobre sus adaptaciones morfofisiológicas, plántulas de A. canescens fueron sometidas a estrés salino y analizadas mediante microscopía MEB-EDS; para el abordaje molecular, se generaron librerías de miRNAs de respuesta a estrés utilizando secuenciación masiva NextGen. Una vez caracterizadas estas bibliotecas, se exploró la función biológica de los genes diana implicados en la respuesta a estrés salino a través de ingeniería genética y cromatografía GC/MS en la planta modelo Arabidopsis thaliana. Los resultados derivados de la microscopia MEB-EDS permitieron entender la dinámica y adaptación foliar de A. canescens al estrés salino. A través de la secuenciación masiva de librerías fue posible descubrir y predecir, 563 miRNAs, nunca antes reportados para el reino vegetal; un miRNA específico de A. canescens (aca-miRn1), sufrió una represión significativa, el cual por complementariedad parece regular la transcripción del factor HIG1/MYB51 el cual a su vez controla la expresión de dos isoformas de la familia PGDH, enzimas que juegan un papel importante en la síntesis de metabolitos de respuesta a estrés como la betaína y el glutatión. Al explorar la función de los genes PGDH durante el estrés salino en A. thaliana, se ha corroborado que la actividad de PGDH3 podría ser perjudicial, mientras que la actividad de PGDH1 podría tener un efecto benéfico sobre la tolerancia a la salinidad de la planta. Estos resultados sugieren que los aumentos en el contenido de Ser no siempre se correlacionan con una mayor tolerancia a la salinidad, y que se debe tener en cuenta el efecto del aminoácido en órganos/ tejidos específicos. Los resultados parecen ser coherentes con la literatura disponible. Por lo tanto, el presente trabajo proporciona la primera evidencia sobre los miRNAs de respuesta a estrés salino en A. canescens y la importancia de las isoformas de la familia PGDH en la respuesta molecular involucrada en la tolerancia de las plantas al estrés salino. Abstract Salt stress is one of the major abiotic stresses limiting crop production especially in arid and semi-arid regions. In Chenopodiaceae family, especially on Atriplex genus, it possesses adaptations that give them an advantage in salty environments. In Mexico this genus is considered an important ecologic resource. Nevertheless, knowledge on its physiology is extremely limited. With the objective to generate data on its morphophysiological adaptations, A. canescens seedlings were exposed to salt stress and analyzed with analytical microscopy SEM-EDS. For molecular approach, salt stress miRNAs libraries were generated using massive sequencing NextGen. Once analyzed, the biological function of gene targets implied on salt stress was explored through genetic engineering and chromatography GC/MS using Arabidopsis thaliana model organism. The microscopic SEM-EDS results allowed understanding adaptation of A. canescens leaves to salt stress. Through library massive sequencing, it was possible to discover and predict 563 miRNAs never known before on the plant kingdom. One specific A. canescens miRNA (aca-miRn1) suffered a meaningful repression, which for complementarity in the sequence, seems to regulate the transcription factor HIG1/MYB51, which at same time controls the genetic expression of two enzyme isoforms from the PGDH family, enzymes that play a very important role in salt stress metabolites synthesis, such as betaine and glutathione. Exploring PGDH genes function during salt stress in A. thaliana, it was shown that PGDH3 activity could be harmful; meanwhile, PGDH1 activity could have a positive effect on salt stress tolerance in the plant. These results suggest that increases on the serine content are not always related to a higher salt tolerance since the amino acid effects in organs or specific tissues should be taken into account. This research provides the first evidence of salt stress effect over A. canescens miRNAs and the possible role of PGDH family isoforms in plant salt stress tolerance.

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