Análisis funcional de los determinantes genéticos del metabolismo de vitamina E en tomate Quadrana, Leandro Daniel 2013

Tesis Doctoral

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires www.digital.bl.fcen.uba.ar Contacto: [email protected] Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales de la Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir. Su utilización debe ser acompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente. This document is part of the doctoral theses collection of the Central Library Dr. Luis Federico Leloir. It should be used accompanied by the corresponding citation acknowledging the source. Fuente / source: Biblioteca Digital de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Universidad de Buenos Aires

UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Análisis funcional de los determinantes genéticos del metabolismo de vitamina E en tomate Tesis presentada para optar al título de Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área CIENCIAS BIOLOGICAS

Leandro Daniel Quadrana

Director de Tesis: Dr. Fernando Carrari Consejero de estudios: Dr. Pablo Cerdán

Lugar de trabajo: Instituto de Biotecnología, CICVyA, INTA

Buenos Aires, 2013

Análisis funcional de los determinantes genéticos del metabolismo de Vitamina E en Tomate

El conocimiento acerca de los mecanismos fisiológicos y moleculares que determinan la calidad nutricional de los vegetales es de fundamental importancia tanto para el diseño de estrategias de mejoramiento vegetal como para ganar conocimiento en los mecanismos regulatorios del metabolismo secundario. La presente Tesis se focaliza en el estudio de los mecanismos que determinan los contenidos de Vitamina E de los frutos de tomate. Para ello caracterizamos estructuralmente y localizamos en el mapa genético todos los genes involucrados en la biosíntesis de vitamina E e identificamos QTLs para los contenidos de esta vitamina en los frutos de tomate. Así mismo identificamos los principales componentes de la red de regulación a nivel de la expresión génica que opera en la síntesis de vitamina E en tomate a partir del desarrollo de una plataforma de RT-qPCR capaz de evaluar la acumulación de RNA mensajeros para todos los genes de esta ruta biosintética. Adicionalmente y con el objetivo de estudiar funcionalmente genes involucrados en el metabolismo de vitamina E, desarrollamos un sistema de silenciamiento transiente mediado por virus basado en la expresión constitutiva de la proteína verde fluorescente para su silenciamiento como reportero. Por último, nos centramos en la identificación los determinantes genéticos del mayor QTL de vitamina E de tomate localizado durante la primera parte de esta Tesis.

Palabras Claves: Fruto de tomate - Vitamina E - QTL - metabolismo - VIGS

Functional analysis of the genetic determinants involved in the vitamine E metabolism in tomato

Understanding the molecular and physiological mechanisms that determine the quality of vegetables-derived foods is of fundamental importance to design programs centered in plant breeding as well as to gain further insight on regulatory mechanisms of secondary metabolism.In this work we studied the regulatory mechanisms of Vitamin E content of the tomato fruits. We first structurally characterized and mapped all the genes involved in the vitamin E biosynthesis. Furthermore, we developed and take advantage of a RT-qPCR array which allow us to study the major players gene network determining the vitamin E synthesis. Additionally we developed a VIGS (Viral Induced Gene Silencing) system capable of silencing a target gene, coupled to a fluorescent reporter gene. Moreover we used this approach to study the function of several genes presumably involved or related to the vitamin E metabolism. Finally, we identified the molecular factors determining a major QTL of vitamin E in tomato fruit, identified during the first part of this thesis, and localized in the chromosome 9.

Keywords: Tomato fruit - Vitamine E - QTL - metabolism - VIGS

Parte de los resultados presentados en esta Tesis Doctoral han sido publicados en las siguientes revistas indexadas: Quadrana L, Almeida J, Otaiza SN, Duffy T, Corrêa da Silva JV, de Godoy F, Asís R, Bermúdez L, Fernie AR, Carrari F and Rossi M. 2012. Transcriptional regulation of tocopherol biosynthesis in tomato. Plant Molecular Biology. 81:309-325. Indice de impacto de la revista (2011): 4,15. Quadrana L, Rodriguez MC, López M, Bermúdez L, Nunes-Nesi A, Fernie AR, Descalzo A, Asis R, Rossi M, Asurmendi S and Carrari F. 2011. Coupling virus induced gene silencing to exogenous green fluorescence protein expression provides a highly efficient system for functional genomics, in Arabidopsis and across all stages of tomato fruit development. Plant Physiol.156:1278-1291. Indice de impacto de la revista (2011): 6,53. Almeida J, Quadrana L, Asís R, Setta N, de Godoy F, Bermúdez L, Otaiza SN, Corrêa da Silva JV, Fernie AR, Carrari F and Rossi M. 2011. Genetic dissection of vitamin E biosynthesis in tomato. Journal of Experimental Botany. 62: 37813798. Indice de impacto de la revista (2011): 5,36.

Agradecimientos Esta Tesis no solo significa la culminación de casi cinco años de trabajo y dedicación ininterrumpida, sino el fruto de una educación universitaria de excelencia. Por lo tanto, quiero agradecer en primer lugar a la Universidad de Buenos Aires y su Facultad de Ciencias Exactas y Naturales por darme las herramientas intelectuales y la oportunidad de culminar un Doctorado en esta casa de estudios. Agradezco también a la ANPCyT y CONICET por otorgarme becas de posgrado que me permitieron dedicar exclusivamente a mis estudios Doctorales. También agradezco profundamente al Instituto de Biotecnología del INTA Castelar, quien me abrió las puertas de su institución para que pueda realizar la presente Tesis.

Además de las instituciones, existen personas reales que fueron los principales artífices de los cientos de páginas que acompañan a estos agradecimientos. Mi director de Tesis, el Dr. Fernando Carrari merece un agradecimiento especial. Fuiste una guía invaluable durante estos años, dándome libertad para pensar y proyectarme, fomentándome y ayudándome a superar mis propios límites. Dispuesto a discutir cualquier experimento, a que te interrumpa estés donde estés para preguntarte qué te parece si esto en lugar de aquello y vos siempre con un y por qué no mejor de respuesta. Muchas gracias por contagiarme tu entusiasmo y capacidad de trabajo inagotable.

Si bien no aportaron directamente a la elaboración de esta Tesis, Anabella Srebrow y Matias Blaustein fueron actores fundamentales de mi formación. Gracias Anabell por adoptarme en tu grupo desde muy pequeño e iniciarme en el mundo de la ciencia como una madre. Con infinita paciencia me enseñaste a trabajar con meticulosidad y a preguntarme todo un poco más. Desde entonces que me acompañas siempre dispuesta a aconsejarme. Gracias Mati por haberme enseñado a hacer ciencia. A partir de la primera materia de la carrera, donde eras ayudante, hasta el momento que me recibí estuviste a mi lado enseñándome con dedicación y calidad, desde la mesada hasta la discusión de resultados, desde los detalles más sutiles de un paper

hasta política científica, atravesando todos los campos y nunca descuidando el factor humano.

Quiero agradecer a Ramón Asís por toda su ayuda técnica y teórica durante la realización de esta tesis. Gracias por bancarme durante mis maratones de mediciones, por incorporarme a tu familia y compartir conmigo tu pequeño paraíso en Anisacate.

Gracias Pablo Cerdán por ser mi consejero de estudios, siempre dispuesto a escucharme, darme consejos y ser crítico con mi trabajo. También quiero agradecer muy especialmente a Sebastian Asurmendi, mi otro consejero de estudios, con quien pude discutir diariamente mis experimentos gracias a su casi inagotable entusiasmo. Muchos experimentos e interpretaciones volcados en esta Tesis surgieron de nuestra activa discusión.

Gracias Tomás Duffy por la cantidad y calidad de nuestras discusiones científicas. Gracias por introducirme entre cervezas al mundo de la programación y la bioinformática. Tu paso por mi doctorado significó un profundo crecimiento profesional y personal, pero más importante aún el desarrollo de una valiosa amistad.

A mis compañeros y amigos del laboratorio les agradezco por haber transformado la rutina del día a día en unas vacaciones en el caribe. Gracias Guada por haber compartido la mesada, las risas y las opiniones, que en muchos casos sólo consistían en miradas. Luisa por ser un cascabel, siempre recordándonos entre tanta alienación cuáles son las cosas importantes. A Gabi y Ceci, dos huracanes de la mesada siempre abiertas a discutir experimentos y resultados. A Diego y Carlos, por sus discusiones y buena onda. Carlita por siempre estar positiva, Gabi L por permitirme jugar con su genoma de pennellii y por salvarme cada vez que mi pobre y achacada computadora pedía cambio, a Mariana Conte por regalarnos todos los días risas y revolución. Al resto del grupo del tomate, Mariana L y Marina por las discusiones y ayudas inconmensurables en palabras. A nuestros vecinos, La Polaca, Luisito, Nati, Gabi LL, Lau, Guille, Vane, Martín, Mariana Del Vas y Cecilia Vazquez por retarme cada vez que olvidaba una enzima en mi freezer, pero nunca dejarme

de querer. A las chicas de TEM por siempre estar prestándome pequeñas cosas y repartiendo sonrisas. Quiero también agradecer muy especialmente a los chicos del invernáculo. Sin la dedicación de Martín, Mati y Nacho hubiese sido imposible llevar a cabo experimentos con cientos de plantas de tomate, cuidando de cada detalle, tratando el monte de tomates como si fuese un paraíso. Miles de gracias!!! Gracias también al resto de la gente del INTA por hacer del instituto un lugar agradable para trabajar.

Muchas gracias al

grupo de Brasil. María Magdalena Rossi por ayudarme

siempre en el diseño e interpretación de experimentos, como así también en la escritura de papers. A Juliana Almeida por trabajar a la par pero a la distancia, por ayudarme con muchos experimentos y resultados y por sus ricas discusiones.

Hay varias personas que desde otros lugares aportaron profundamente a este doctorando y su Tesis. Juan Cruz, hermano sin compartir padres. Desde que tu literatura eran solo garabatos y mi biología insectos en peceras, compartimos nuestras pasiones. Fuiste una fuente de inspiración constante, un cable a tierra y un compañero de barriletes. Gracias por las miles de horas compartidas, las discusiones infinitas, la amistad incondicional y tu profundo apoyo. Juan Pablo, un ser de voluntad infinita. Sin saberlo, entre camiones y remolques me explicaste la hipótesis de la Reina Roja. Sos un amigo sin igual. Gracias por enseñarme que la única manera de conseguir logros es con esfuerzo y dedicación. Pablo, gracias por todo lo vivido juntos. Una máquina incansable que hacés de cada instante y cada cosa, algo fantástico. Gracias por las discusiones filosóficas, científicas, artísticas, personales, transcendentes, irrelevantes y evitables. Quisiera poder aportar a tu vida una pequeña fracción de lo que vos hiciste con la mía. Gracias! Gracias Juan Carba por acompañarme toda la carrera y todo mi doctorado. Sos un gran amigo, una persona fabulosa y un científico fenomenal. Tu optimismo es un ejemplo que me recuerda que nada, pero nada es tan terrible.

Gracias Oscar Mercuri porque, junto a mi padre, me permitiste construir mi vocación por las ciencias biológicas desde muy temprana edad. Recuerdo el día en que apareciste con un vetusto microscopio Zeiss y una breve colección de preparados con cortes histológicos, pequeños insectos y un preparado casi surrealista conteniendo radiolarios. Lamentablemente ya no estás para que pueda darte un abrazo entre nubes de tabaco.

Gracias Familia por el amor y apoyo incondicional. Gracias Ale, Romi, Seba y Kari, por confiar siempre y alentarme. Por bancarme en todo momento y estar siempre pendientes de mis exámenes, mis viajes, experimentos, proyectos. Gracias Emma por alegrarme la vida. Gracias Mamá por acompañarme, motivarme y ayudarme a cumplir mis sueños. Gracias por levantarte cada madrugada a hacerme las viandas y esperarme hasta la madrugada a que vuelva de la facultad, que no cene solo, que cómo te fue, que tenés que descansar más. Gracias por soñar conmigo, aunque esto signifique no podernos ver por mucho tiempo. Gracias Papá por fomentarme esta vocación por la ciencia. Gracias por hacerme preguntar el cómo de todo y cómo demostrarlo. Por respetarme y confiar en cada decisión, por alentarme a seguir viviendo con pasión.

Desde lo más profundo de mi alma quiero agradecer a Mer. Pichona, bichito de luz, grillito vespertino, grulla de papel. Apareciste como una encantadora en los pasillos de la universidad y desde entonces mi vida esta en clave de Mer. Siempre apoyándome incondicionalmente, enjuagando mi cabeza luego de un experimento que no sale o descorchando ante un resultado exitoso. Una compañera de vida deliciosa y curiosa. Una gran fuente de inspiración, un susurro diario de ánimo, un arrullo para la preocupación. Gracias por leer cada página que escribo y cada mail que envío, gracias por aconsejarme en cada idea que te cuento, en cada experimento que planteo. Gracias Mer por amarme y creer en mí de la manera en que lo haces. Gracias por acompañarme siempre y hacer que la realización de esta Tesis y mi vida sean un lugar hermoso!

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Índice Abreviaturas: ..............................................................................................................................4 Capítulo I: Introducción general ...............................................................................................5 I.1 Vitamina E...........................................................................................................................5 I.2 El fruto de tomate (Solanum lycopersicum): un modelo de estudio con importancia hortícola..................................................................................................................................8 I.2.1 Recursos genéticos y mejoramiento .................................................................................. 11 I.2.2 Herramientas de genómica funcional aplicadas a análisis genéticos en tomate ........ 13 I.3 Definición del problema, hipótesis y objetivos ............................................................15 I.3.1 Objetivo General:................................................................................................................... 17 1.3.2 Objetivos específicos: .......................................................................................................... 17 Capítulo II: Identificación y caracterización estructural de genes codificantes para enzimas del metabolismo de vitamina E ................................................................................19 II.1 Introducción .....................................................................................................................19 II.2 Resultados .......................................................................................................................22 II.2.1 Identificación y mapeo de genes implicados en la biosíntesis de vitamina E.......................... 22 II.2.2 Localización de QTLs para el contenido de tocoferol en frutos de tomate e identificación de genes candidatos............................................................................................................................... 28 II.2.3 Identificación de polimorfismos presentes en genes candidatos para QTLs de Vitamina E.... 30 II.3 Discusión .........................................................................................................................33 II.3.1 Reconstrucción de la ruta biosintética de vitamina E en tomate............................................. 33 II.3.2 Localización subcelular de la vía de MEP, SK y tocoferol central ............................................. 35 II.3.3 Identificación de QTLs .............................................................................................................. 36 II.3.4 Conclusiones............................................................................................................................. 38 Capítulo III: Análisis de la red de regulación génica de la vía de síntesis de vitamina E en tomate .......................................................................................................................................39 III.1 Introducción ....................................................................................................................39 III.2 Resultados ......................................................................................................................43 III.2.1 Contenidos de vitamina E y pigmentos en diferentes tejidos de tomate................................ 43 III.2.2 Perfil de expresión de genes codificantes para enzimas de la biosíntesis de vitamina E........ 45 III.2.3 Cambios coordinados en los niveles de transcripción de genes y el contenido de tocoferoles y pigmentos en las hojas y frutos de tomate....................................................................................... 51 III.2.4 Identificación de elementos regulatorios en cis en promotores de genes de la biosíntesis de vitamina E.......................................................................................................................................... 53 III.2.5 Análisis de los contenidos de tocoferol y perfiles de expresión en cultivares Andinos de tomates ............................................................................................................................................. 57 III.3 Discusión ........................................................................................................................62 III.3.1 La biosíntesis de tocoferoles es ubicua y los niveles de vitamina E se mantienen constantes en diferentes tejidos y estadios de desarrollo en tomate ................................................................. 62 III.3.2 La biosíntesis de tocoferol es regulada por una intrincada red transcripcional ..................... 64 III.3.3 ¿Por qué el tomate mantiene constante los niveles de vitamina E durante el desarrollo del fruto?................................................................................................................................................. 67 III.3.4 Identificación de elementos regulatorios en los promotores de genes codificantes para enzimas del metabolismo de vitamina E........................................................................................... 68 III.3.5 Conclusiones............................................................................................................................ 70

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Capítulo IV: Desarrollo de una plataforma para análisis funcionales de genes en frutos de tomate basada en VIGS ...........................................................................................................71 IV.1 Introducción ....................................................................................................................71 IV.2 Resultados......................................................................................................................77 IV.2.1 Establecimiento del sistema experimental ............................................................................. 77 IV.2.2 Puesta a punto y evaluación de VIGSen plantas salvajes y transgénicas.............................. 79 IV.2.3 Evaluación de los cambios metabólicos asociados al sistema de VIGSacoplado al reportero GFP.................................................................................................................................................... 83 IV.2.4 Evaluación de los cambios metabólicos asociados con el sistema de VIGSacoplado al reportero endógeno PDS................................................................................................................... 89 IV.2.5 Aplicación del sistema de VIGSacoplado a GFP al análisis funcional del gen VTE4 en frutos de tomate............................................................................................................................................... 90 IV.2.6 Aplicación del sistema de VIGSen plantas de tomate enteras............................................... 94 IV.2.7 Obtención de plantas de tomate (cv. MicroTom) sobre-expresando GFP y su utilización como sistema para estudios de genómica funcional .................................................................................. 96 IV.3 Discusión ......................................................................................................................100 IV.3.1 Establecimiento de un sistema reportero para VIGSeficiente en tomate............................ 100 IV.3.2 Efecto del sistema de VIGS-GFP en el metabolismo del fruto de tomate ............................. 100 IV.3.3 El silenciamiento de PDSafecta severamente el metabolismo de frutos y hojas................. 103 IV.3.4 Silenciamiento de VTE4 en frutos de tomate mediante VIGSacoplado a GFP..................... 105 IV.3.5 Extensión del sistema de VIGSacoplado al gen reportero GFP a otros órganos y variedades de tomate........................................................................................................................................ 107 IV.3.6 Conclusiones.......................................................................................................................... 109 Capítulo V: Identificación de los determinantes genéticos del QTL de vitamina E en frutos de tomate localizado en el cromosoma 9.............................................................................111 V.1 Introducción ..................................................................................................................111 V.1.1 Los genes de la via central del metabolismo de vitamina E y su identificación como genes candidatos de QTLS......................................................................................................................... 111 V.1.2 Utilización de ILs para la identificación de las bases moleculares de QTLs. .......................... 112 V.2 Resultados.....................................................................................................................115 V.2.1 La lL 9.2.6 presenta un QTL de Vitamina E y contiene el alelo silvestre de VTE3(1) .............. 115 V.2.2 El QTL de Vitamina E del cromosoma 9 está asociado a un eQTL de VTE3(1) transgresivo.. 120 V.2.4 Mecanismos moleculares del eQTL de VTE3(1) en frutos de tomate .................................... 122 V.2.5 Un mecanismo alternativo posible para el eQTL de VTE3(1)................................................. 125 V.2.6 En hojas de tomate no está presente el QTL de tocoferol del cromosoma 9 aunque sí el eQTL de VTE3(1) ....................................................................................................................................... 127 V.2.7 El mapeo fino del QTL de tocoferol indica que VTE3(1) es su único responsable .................. 130 V.2.8 La expresión de VTE3(1) es fundamental para la síntesis de las diferentes formas de tocoferol y la homeostasis redox de los frutos de tomate.............................................................................. 134 V.3 Discusión .......................................................................................................................139 V.3.1 El QTL de vitamina E en el cromosoma 9 está determinado por un eQTL estable ................ 139 V.3.2 VTE3(1) es el actor principal de un eQTL transgresivo........................................................... 142 V.3.3 El gen VTE3 sufrió una antigua duplicación génica ............................................................... 144 V.3.4 El mapeo fino de VTE3(1) a través de la reducción de la introgresión de la IL9.2.6 permitió concluir que el eQTL de este gen es el responsable del QTL de tocoferol ....................................... 147 V.3.5 El silenciamiento de VTE3(1) confirma su función y da indicios sobre la regulación de los mecanismos antioxidantes en frutos de tomate............................................................................. 149 V.3.6 Conclusiones........................................................................................................................... 150 Capítulo VI: Conclusiones Finales........................................................................................153 Epílogo ....................................................................................................................................156 Capítulo VII: Materiales y Métodos .......................................................................................158

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VII.1 Material vegetal y condiciones de cultivo............................................................................... 158 VII.2 Cruzamientos de tomate......................................................................................................... 159 VII.3 Desarrollo y aplicación de marcadores moleculares para el mapeo fino del QTL(IL9.2.6) ......... 159 VII.4 Aislamiento del ARN y síntesis de ADNc ................................................................................. 160 VII.5 PCR en tiempo Real ................................................................................................................. 161 VII.6 Análisis de expresión y pruebas estadísticas........................................................................... 162 VII.7 Amplificación, clonado y secuenciación de genes candidatos................................................ 162 VII.8 Generación de plantas transgénicas y selección..................................................................... 163 VII.9 Clonado y construcción de vectores para VIGS....................................................................... 164 VII.10 Transformación de Agrobacterium tumefaciens.................................................................. 166 VII.11 Agroinfiltración ..................................................................................................................... 166 VII.12 Localización sub-celular de VTE3(1) y microscopía confocal ................................................ 167 VII.13 Determinación de clorofila y azúcares solubles.................................................................... 167 VII.14 Cromatografía Gaseosa acoplada a Espectrometría de Masas ........................................... 169 VII.15 Cuantificación de tococromanoles por HPLC y carotenoides por espectrofotometría ......... 170 VII.16 Medición de la capacidad antioxidante mediante TEAC...................................................... 171 VII.17 Identificación in silico de enzimas de la biosíntesis de tocoferol y su mapeo en el genoma de tomate............................................................................................................................................. 172 VII.18 Identificación in silico de elementos regulatorios en cis....................................................... 173 VII.19 Identificación de elementos repetitivos y transponibles en promotores.............................. 174 VII.20 Análisis de conservación de los promotores de los alelos S. lycopersicum y S. pennellii de VTE3(1) ............................................................................................................................................ 174 VII.21 Análisis de microsintenia de la región comprometida en la IL9.2.7 ..................................... 175 Referencias .............................................................................................................................176 Anexo ......................................................................................................................................203

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Abreviaturas: 35S: Promotor constitutivo aislado del virus del mosaico del coliflor (CaMV). ADNc: ADN copia generado por retrotranscripción a partir de RNA. ARNm: ARN mensajeros ARNi: ARN de interferencia BAC: Cromosoma Bacteriano Artificial (de sus siglas en inglés) Cv: Cultivar DPA: Días Post Antésis eQTL: Loci de expresión génica cuantitativo (de sus siglas en inglés). ES: Error Estándar GC-MS: Cromatografía Gaseosa acoplada a Espectrometría de Masas (de sus siglas en inglés) GFP: Proteína Verde Fluorescente (de sus siglas en inglés). HPLC: Cromatografía Líquida de Alta Presión (de sus siglas enl inglés). IL: Líneas de introgresión (de sus siglas en inglés) InDel: Inserción/deleción MEP: Ruta biosíntetica del Metil Eritritol Fosfato (de sus siglas en ingles) OD: Densidad Óptica PCR: Reacción en Cadena de la Polimerasa (de sus siglas del inglés). PTGS: Silenciamiento Génico Post Transcripcional (de sus siglas del inglés). QTL: Loci de carácter cuantitativo (de sus siglas del inglés). RIL: Líneas Recombinantes Retrocruzadas (de sus siglas en inglés) RT-qPCR: PCR cuantitativa a partir de ADNc. sARN-24nt: ARN pequeños endógenos de 24 nucleotidos de longitud SK: Ruta biosintética del shikimato (de su abreviatura en inglés) SNPs: Polimorfismo Simple de Nucleótido (de sus siglas en ingles) TGS: Silenciamiento Génico Transcripcional (de sus siglas en inglés). TILLING: del inglés Targeting Induced Local Lesions in Genomes. USDA: Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (de sus siglas en inglés) VIGS: Silenciamiento Génico Inducido por Virus (de sus siglas en inglés).

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Capítulo I: Introducción general I.1 Vitamina E El consumo de vegetales es fundamental para la salud humana debido a que son la principal fuente de múltiples moléculas esenciales. Entre ellas, las vitaminas son un grupo de moléculas heterogéneas imprescindibles para mantener la homeostasis del metabolismo celular en mamíferos que, a su vez, promueven el correcto funcionamiento fisiológico. Una posible clasificación de las vitaminas es por su solubilidad, siendo hidrosolubles las ocho vitaminas del complejo B (B1: tiamina difosfato; B2: riboflavina; B3: niacina; B5: ácido pantoténico; B6: piridoxal-5-fosfato; B8: biotina; B9: folato y B12: 5deoxiadenosil) y la vitamina C (acido ascórbico), mientras que las liposolubles son la vitamina A (retinol), D (calciferol), K (filoquinona) y E (tocoferol). Una revisión reciente acerca de la naturaleza qúimica y modo de acción de las vitaminas se presenta en Fitzpatrick et al., (2012). La vitamina E es el mayor antioxidante lipofílico provisto por la dieta y está constituída

colectivamente

por

un

grupo

de

moléculas

llamadas

tococromanoles (tocoferoles y tocotrienoles), las cuales son exclusivamente sintetizadas por organismos fotosintéticos. Todos los tocoferoles son moléculas anfipáticas que contienen una cabeza polar cromanol, que deriva del ácido homogentisato, y una cola lipofílica derivada del fitol (figura 1). En tanto, los tocotrienoles son moléculas biosintéticamente relacionadas que difieren en la cola lipofílica derivando del geranilgeranil difosfato en lugar del fitol. Existen

cuatro formas de tococromanoles ( y ), que ocurren naturalmente y que difieren en la posición y número de grupos metilo en el anillo cromanol (ver Figura 1). Numerosos estudios han demostrado que los tococromanoles son poderosos antioxidantes lipofílicos que protegen a los ácidos grasos poliinsaturados de la peroxidación lipídica (revisado por Wolf, 2005). La actividad antioxidante de los tococromanoles resulta de su reacción química directa con compuestos reactivos tales como radicales lipídicos, especies reactivas del oxígeno y especies reactivas de nitrógeno (revisado por Kamal-Eldin & Appelqvist, 1996;

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Munné-Bosch & Alegre, 2002; Schneider, 2005). El mecanismo antioxidante mejor explicado hasta el momento de estos compuestos implica la transferencia de un átomo de hidrógeno fenólico del anillo cromanol a un radical peroxil ípidico, resultando en la producción de un hidroperóxido lipídico y un radical tococromanol. El radical tococromanol es más estable debido a la deslocalización del electrón desapareado y por lo tanto reduciendo su reactividad.

Figura 1. Estructura de tococromanoles. La figura muestra las moléculas de tocoferol y tocotrienol indicando en rojo las diferencias entre las diferentes formas. En la parte inferior se específica las sustituciones en el anillo cromanol para cada forma y su capacidad antioxidante relativa a -tocoferol. “nm“ indica que la capacidad no ha sido medida. Adaptado de (DellaPenna & Pogson, 2006).

El radical tococromanol puede convertirse nuevamente en su tococromanol correspondiente por la reacción con otro reductor (por ejemplo, ascorbato o ubiquinol) (Kobayashi & DellaPenna, 2008). También se ha propuesto que los tocoferoles, junto con la plastoquinona 9 (PQ-9), capturan oxígeno singulete producido durante la fotosíntesis por el fotosistema II (Kruk et al., 2005; Kruk & Trebst, 2008). La síntesis de tocoferoles se localiza en plástidos, siendo que algunas enzimas se localizan en la membrana interna de cloroplastos y cromoplastos, mientras que otras se ubican en estructuras membranosas asociadas a los tilacoides, llamadas plastoglóbulos (Figura 2) (Ytterberg, Peltier, & Wijk, 2006).

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Figura 2. Microscopía electrónica de cloroplastos de frutos verdes de tomate. Esta imagen muestra el detalle de un cloroplasto tomado mediante microscopía electrónica de transferencia a partir de un corte ultrafino de pericarpio de fruto verde maduro de tomate. El tejido fue tratado con tetraóxido de Osmio y ácido tánico el cual reacciona específicamente con plastoglóbulos para generar estructuras electrodensas (discos oscuros). La barra de la derecha corresponde a 500nm. Esta foto fue gentilmente cedida por Luisa Bermudez (datos no publicados).

Aunque todos los tocoferoles y tocotrienoles tienen una potente actividad antioxidante in vitro, la forma alfa () ha sido considerada la de mayor actividad en humanos en términos de actividad de vitamina E debido en parte a que esta forma es retenida y transportada más eficazmente en células de mamíferos (Traber & Sies, 1996). Si bien la deficiencia de vitamina E es poco usual en la población occidental, se han registrado síntomas específicos asociados a su deficiencia (por ej: resorción fetal, distrofia muscular y encefalomalacia) en experimentos con animales y dietas deficientes en vitamina E. Existen tres situaciones específicas para la deficiencia de vitamina E: i) se ha observado en personas que no pueden metabolizar dietas ricas en grasas, ii) en niños prematuros con un muy bajo peso corporal (nacimientos con menos de 1,5 kg), y iii) se ha observado en individuos con extraños desórdenes en el metabolismo de lípidos. Por otro lado, dietas pobres en vitamina E se han asociado a predisposición de enfermedades como cáncer (Saldeen & Saldeen, 2004), aterosclerosis (Terasawa et al., 2000) y degeneración neuronal (Yokota et al., 2001). El consumo recomendado de tocoferol en la dieta de un adulto es de 15 mg/día (definido como 2R- -tocoferol). Dado que la mayor absorción de vitamina E es producida con una dieta grasa, actualmente se cree que los

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hábitos alimenticios tendientes a disminuir el consumo de grasas podrían llevar a incrementar el consumo recomendado en la dieta (Bender, 2003).

I.2 El fruto de tomate (Solanum lycopersicum): un modelo de estudio con importancia hortícola. Particularmente, el fruto de tomate es una importante fuente de antioxidantes (incluyendo vitamina E) para la dieta humana debido a su alto contenido en estos compuestos y a su elevado consumo en las dietas occidentales. Detrás de los cereales suplementados, la pasta de tomate se ubica en el 5to puesto entre

8.176

productos

dietarios

publicados

por

el

USDA

en

2012

(http://www.ars.usda.gov/ba/bhnrc/ndl), con una contenido de 4,7mg/100g de producto consumible. Además del tocoferol, los principales antioxidantes presentes en el fruto de tomate son el ácido ascórbico, el licopeno y los carotenoides y compuestos fenólicos. Diversos reportes dan cuenta acerca de las bases moleculares de la producción de compuestos antioxidantes en plantas superiores. La mayoría de estos estudios son referidos a la vitamina C (Conklin et al., 2000; Jain et al., 1999) y licopeno (Auldridge et al., 2006; Simkin et al., 2004). Para la vitamina C se han propuesto diversas vías de biosíntesis y se han clonado y mapeado varios de los genes involucrados en las mismas (Zou et al.,2005). Otro reporte ha demostrado que algunos de estos genes colocalizan con loci para caracteres cuantitativos (QTL por sus siglas en inglés) para variaciones en los contenido de vitamina C en tres poblaciones de tomate silvestre (Stevens et al., 2006). La aplicación de estrategias similares permitió identificar genes involucrados en la biosíntesis de carotenoides (Tan et al., 2003). Los estudios relacionados con los compuestos fenólicos en el fruto de tomate indican que los flavonoides y los ácidos fenólicos son los mayoritarios, representados principalmente por quercetina, chalconarengina y ácido clorogénico (Slimestad & Verheul, 2005). El avance logrado en el conocimiento sobre la regulación de estos compuestos, así como la aplicación de estrategias de ingeniería metabólica, han permitido obtener frutos de tomate con mayores concentraciones de flavonoides y ácidos fenólicos (Giovinazzo et al., 2005; Muir et al., 2001; van der Rest et al., 2006). Contrariamente a los numerosos reportes acerca de estos antioxidantes, el conocimiento acerca de la

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producción y regulación de la biosíntesis de tocoferoles en frutos de tomate es muy escaso. Sin embargo, análisis globales de perfiles metabólicos en frutos de tomate indican que existe una gran variabilidad entre distintos cultivares y especies de tomate, abriendo el camino para el mejoramiento de este carácter en tomate (Schauer et al., 2005; Schauer et al., 2006). Por otro lado, la importancia económica de este cultivo y los grandes esfuerzos en investigación puestos en entender diferentes aspectos básicos y aplicados, hacen de esta especie un modelo de estudio ideal. El tomate cultivado pertenece a la famila Solanacea, la cual comprende más de 3.000 especies adaptadas a los más diversos ambientes. Esta familia se constituye como la tercera más importante económicamente, después de los cereales y las leguminosas. Además es la hortaliza más cultivada globalmente secundada por otros cultivos de la misma familia como papa, batata, ají, berenjena y tabaco, que constituyen, a su vez, otros modelos para el estudio del desarrollo de tubérculos (Fernie et al., 2001; Kolomiets et al., 2001), defensa a patógenos (Bogdanove & Martin, 2000; Chung & Felton, 2011; Gebhardt & Valkonen, 2001; Martin et al., 1993; Pedley & Martin, 2003; Rathjen et al., 1999; Rossi et al., 1998) y desarrollo de frutos carnosos (Carrari & Fernie, 2006; Giovannoni, 2004; Tanksley, 2004). La familia Solanaceae divergió hace más de cuarenta millones de años de un ancestro diploide con X=12 y aunque actualmente presenta una amplia diversidad fenotípica, análisis de cariotipo en diversas especies demostró que la mayoría mantienen este número cromosómico, además de una alta conservación de la arquitectura genómica. Por estos motivos, la familia de las Solanaceas se presenta como modelo para el estudio de diversidad y adaptación al ambiente (Wang et al., 2008; Wu & Tanksley, 2010). La sección Lycopersicon está compuesta por aproximadamente 1.500 especies y son originarias del oeste de Sudamérica desde Ecuador, Perú, hasta el norte de Bolivia y Chile, excepto dos de ellas que son endémicas de las Islas Galápagos (Peralta et al., 2008). Si bien el tomate es nativo del oeste de Sudamérica, debido al largo tiempo de uso y a su amplia distribución, no es posible asegurar si la especie existió en su forma silvestre en la naturaleza o si derivó por selección artificial de una especie silvestre muy cercana, S. pimpinellifolium (Peralta et al., 2008). Posteriormente, las formas ruderales del

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tomate cultivado se extendieron a otros países de América, y en México los pueblos precolombinos las cultivaron y seleccionaron (Jenkins, 1948). Actualmente el tomate está distribuido en todos los continentes (excepto Antártida) ya sea porque es cultivado o porque sus formas ruderales persisten en los ambientes alterados por la acción antrópica. El tomate posee un genoma diploide y relativamente pequeño (900 Mb) (The Tomato Genome Consortium, 2012). Representa un modelo de estudio alternativo al de Arabidopsis thaliana principalmente con relación a los procesos de formación, maduración y metabolismo de frutos carnosos y climatéricos (Carrari & Fernie, 2006; Giovannoni, 2004). Otra característica muy importante para la adopción de esta especie como modelo es que es naturalmente

autógama

(por

lo

que

las

poblaciones

tienden

a

ser

genéticamente estables) y capaz de cruzarse de manera asistida, sencilla y eficientemente con otras especies del género (por ejemplo con S. pimpinellifolium, S. habrochaites y S. pennellii). De esta manera, diversos recursos genéticos y genómicos han sido rápidamente desarrollados en esta especie, como su genoma totalmente secuenciado, información de expresión, mapas genéticos de alta densidad, poblaciones de mutantes y de líneas recombinantes, etc. Sumado a esto, existen protocolos de transformación genética muy bien establecidos y reproducibles (The Tomato Genome Consortium, 2012). El tomate es una planta herbácea anual, bianual o perenne, dependiendo de las condiciones climáticas y su capacidad de desarrollar tallos secundarios. La mayoría de las plantas poseen crecimiento indeterminado, aunque existen algunas variedades que son semideterminadas o determinadas, éstas últimas resultando en arbustos más compactos y muy ramificados. El tallo principal es típicamente simpodial, formado por una sucesión de ejes laterales con hojas alternadas con una filotaxis espiralada de 1/3. Cada unidad simpodial termina con una inflorescencia. El fruto es una baya formada por tejido epidérmico, un pericarpio grueso y la placenta gelatinosa envolviendo las semillas. El desarrollo del fruto puede dividirse en cuatro etapas bien determinadas y esquematizadas en la figura 3. I) Inicio de la floración hasta la antesis (dos a tres semanas), ii) desarrollo del fruto caracterizado por divisiones celulares (dos a tres semanas post antesis), iii) expansión celular carente de divisiones (dos a

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tres semanas) y finalmente iv) maduración, caracterizado por cambios en la composición metabólica (azúcares, aminoácidos y pigmentos) y de firmeza del fruto (relacionada al metabolismo de los componentes de las paredes celulares). Debido a su importancia en la cadena productiva, especialmente luego de la cosecha, esta etapa ha sido intensamente estudiada tanto a nivel molecular como bioquímico (Alba et al., 2005; Alexander & Grierson, 2002; Bapat et al., 2010; Barry et al., 2005; Carrari et al., 2006; de Jong et al., 2009). Este último estadio de desarrollo se inicia con el cese de la expansión celular, aumento de la respiración y de la hormona etileno, los que a su vez coinciden con un cambio abrupto en los perfiles metabólicos (Carrari & Fernie, 2006). Asimismo, la maduración del fruto se caracteriza por la des-diferenciación de cloroplastos y la concomitante degradación de clorofila, para re-diferenciarse a cromoplastos que acumulan carotenoides como licopeno y caroteno, dándole el característico color rojo. Por otro lado, las variaciones en la turgencia de las células y la estructura de las paredes modifican la textura del fruto. Estas modificaciones van acompañadas por cambios en la composición de los principales metabolitos (azúcares, ácidos orgánicos) y compuestos volátiles que determinan su calidad nutricional y organoléptica (Carrari & Fernie, 2006; Tieman et al., 2006).

Figura 3. Desarrollo del fruto de tomate. El desarrollo del fruto comienza a partir de la fecundación (día 0) y se caracteriza por tres etapas bien definidas de (i) División celular hasta los 25-30 días, (ii) Expansión celular en la que el fruto alcanza su máximo volumen a los 40-45 días y (iii) Maduración propiamente dicha en la que el fruto totalmente desarrollado sufre principalmente cambios metabólicos, de pigmentos y ablandamiento hasta alcanzar el estadío de madurez organoléptica a los 65-70 días post antesis. Adaptado de (The Tomato Genome Consortium, 2012).

I.2.1 Recursos genéticos y mejoramiento La adopción de cultivares y/o híbridos seleccionados por los niveles de rendimiento en términos de índice de cosecha ha reducido considerablemente la base genética explotable del género Solanum y actualmente sólo un pequeño porcentaje de la variabilidad genética de la sección Lycopersicon se

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encuentra en los materiales de S. lycopersicum utilizados en mejoramiento. Esto no solamente ha impactado negativamente en el potencial de esta especie en cuanto a la producción de compuestos de interés alimentario y farmacológico, sino también en la posibilidad de estudiar las vías metabólicas que lo determinan. Un ejemplo claro de ello es la producción de aminoácidos y pigmentos; se ha comprobado que el contenido de estos compuestos es entre 10-30 veces mayor en especies silvestres emparentadas respecto de los contenidos de los frutos de la especie domesticada (S. lycopersicum) (Schauer et al., 2005). A pesar de ser principalmente autógamas, las plantas de la sección Lycopsersicon son fácilmente cruzadas entre ellas al ser manipuladas correctamente, por lo tanto varios investigadores realizaron poblaciones a partir de cruzamientos con especies silvestres para su utilización en programas de mejoramiento. En 1995, Eshed & Zamir desarrollaron una colección de 76 líneas de introgresión (IL), las cuales presentan segmentos únicos del genoma de S. pennellii (accesión LA716) en el fondo genético del cultivar M82 de S. lycopersicum (accesión LA3475) (Eshed & Zamir, 1995). Estas líneas cubren todo el genoma y los segmentos genómicos introgresados se encuentran delimitados por marcadores moleculares, permitiendo segmentar el genoma en 107 regiones solapantes (ver figura 4). Estas ILs han sido ampliamente caracterizadas con el objetivo de identificar loci para caracteres de interés, habiéndose mapeado más de 2.000 QTLs (Lippman et al.,2007). Debido a su arquitectura genómica, las IL se presentan como una herramienta muy interesante para exponer los determinantes genéticos que subyacen a caracteres cuantitativos, dado que cualquier variación fenotípica de las IL respecto del parental cultivado (M82) es determinada principalmente por el segmento introgresado correspondiente. Adicionalmente, la utilización de este material facilita la incorporación de alelos salvajes a cultivares elite permitiendo mejorar el cultivo sin recurrir a cultivares transgénicos.

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Figura 4. Esquema ilustrativo de la obtención de líneas introgresadas (IL) de Solanum pennellii. Las IL fueron obtenidas mediante cruzamiento entre S.pennellii y S. lycopersium y sucesivos retrocruzamientos y selección asistida por marcadores moleculares para generar un conjunto de 76 líneas con fondo genético de Solanum lycopersicum (en rojo) y segmentos únicos de Solanum pennellii (en amarillo) (Eshed & Zamir, 1995). El esquema representa un ejemplo de tres líneas de los cromosomas 1, 3 y 12. A la derecha de la figura se muestran los fenotipos de fruto de tres IL donde puede apreciarse a la variabilidad entre ellas debido a la introgresión de un segmento genómico silvestre.

I.2.2 Herramientas de genómica funcional aplicadas a análisis genéticos en tomate Históricamente, la identificación y caracterización de QTL era abordada por medio de largos procesos de mapeo genético, seguida de mapeo físico para finalmente lograr el clonado posicional del/los gen/es involucrado/s en la determinación del carácter en estudio (revisado por Mackay et al., 2009). En las últimas décadas, sin embargo, y con el aumento en la cantidad y calidad de información genómica (la secuencia del genoma de tomate ha sido recientemente terminada The Tomato Genome Consortium, 2012), así como la existencia de mapas genéticos de alta resolución (ver http://solgenomics.net), surgió una estrategia de genética reversa que consiste en la búsqueda de

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genes candidatos y el posterior diseño de experiemtos acerca de la funcionalidad de los mismos para corroborar su candidatura (Salvi & Tuberosa, 2005). Este abordaje comienza con la identificación in-silico de genes que cosegregan con caracteres de interés y que de acuerdo a la posible función de su producto, podrían estar involucrados en el fenotipo observado. La emergencia y aplicación masiva de tecnologías “omicas” permite abordar la funcionalidad de estos genes identificados como candidatos. Usualmente, estos análisis comienzan con estudios filogenéticos y aunque distan de ser concluyentes, aportan información acerca de la divergencia de las estructuras genómicas y en algunos

casos contribuyen

a

dilucidar

las

funciones

génicas.

Estas

herramientas han permitido el abordaje holístico de los problemas mediante una disciplina que se ha denominado Biología de Sistemas. Un ejemplo de esto es la construcción de redes de co-regulación entre metabolitos y transcriptos (Tohge & Fernie, 2010), la cual permite identificar rutas biosintéticas altamente co-reguladas con la expresión de genes y de esta manera establecer una relación (no necesariamente causal) entre ambos componentes. Esta metodología es particularmente aplicable al estudio de procesos metabólicos, los cuales se encuentran bien estudiados y conservados en organismo simples como bacterias, levaduras y algas. No obstante, la participación de los genes candidatos en el/los proceso/s de interés debe ser puesta a prueba mediante ensayos funcionales a partir del uso de mutantes (Minoia et al., 2010), transgénesis (Rothan & Causse, 2007) y/o silenciamiento transiente (Liu et al., 2002). En el caso de tomate, este paso es un “cuello de botella” dado que es lento y laborioso y si bien existen poblaciones de mutantes disponibles (Menda et al., 2004; Okabe et al., 2011), no se encuentran aún completamente caracterizadas. Por otro lado, la producción de plantas transgénicas, a diferencia de lo que ocurre con A. thaliana, es un proceso que demanda un tiempo considerable hasta lograr plantas estables. Por esta razón, resulta imperativo el desarrollo de herramientas de silenciamiento transiente que permitan acelerar la estrategia de genética reversa. Una alternativa es el sistema de Silenciamiento Génico Inducido por Virus (VIGS, por sus siglas en inglés) (Becker & Lange, 2010), el cual es ampliamente utilizado en tabaco (Nicotiana tabacum) y en la especie silvestre Nicotiana benthamiana, pero pobremente explotado en tomate aún.

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I.3 Definición del problema, hipótesis y objetivos Diversos reportes dan cuenta acerca de las bases moleculares de la producción de compuestos antioxidantes en plantas superiores. Como se introdujo más arriba, la mayoría de estos estudios en tomate son referidos a la vitamina C (Conklin et al., 2000) y licopeno (Auldridge et al., 2006; Simkin et al., 2004). Para la vitamina C se han propuesto diversas vías de biosíntesis y se han clonado y mapeado varios de los genes involucrados en las mismas (Zou et al., 2005). Otro reporte ha demostrado que algunos de estos genes colocalizan con QTL para contenido de vitamina C en tres poblaciones de tomate silvestre (Stevens et al., 2006). La aplicación de estrategias similares permitió identificar genes involucrados en la biosíntesis de carotenoides (Tan et al., 2003). El avance logrado en el conocimiento acerca de la regulación de estos compuestos, así como la aplicación de estrategias de ingeniería metabólica, han permitido obtener frutos de tomate con mayores concentraciones de flavonoides y ácidos fenólicos (Giovinazzo et al., 2005; van der Rest et al., 2006). Contrariamente a las numerosas publicaciones mencionadas acerca de estos antioxidantes, el conocimiento acerca de la regulación de la biosíntesis de tocoferoles en frutos de tomate es escaso. Si bien los datos mencionados previamente sugieren que el fruto de tomate y sus derivados son una fuente importante de vitamina E, los programas de mejoramiento no han podido atender este carácter debido a la falta de conocimiento acerca de los determinantes genéticos del mismo. Tanto a nivel global como local se han registrado importantes aumentos en los rendimientos del cultivo de tomate. Sin embargo, estos aumentos están lejos de cubrir las demandas del consumo a nivel local y el déficit comercial se ha incrementado a una tasa del 25 % en promedio en los últimos 3 años (datos de la

Asociación

Tomate

2000,

EEA

INTA

La

Consulta

(http://www.tomate2000.org.ar/). Este déficit se ve agravado por la necesidad de importar hasta un 90 % de las semillas híbridas demandadas por los principales productores locales (Gaviola, 2003). Esta falta de competitividad de la producción local está asociada a la falta de inversiones en programas de

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mejoramiento, que a su vez se ven restringidos por la falta de conocimiento de los determinantes genéticos de los caracteres de calidad de este cultivo. La capacidad de descomponer fenotipos complejos como la síntesis de vitamina E, abordado en esta tesis, en sus componentes genéticos de herencia más simple, es la piedra angular del mejoramiento vegetal actual. En este contexto, uno de los mayores desafíos en el campo de la fisiología molecular vegetal es identificar y entender los factores que determinan la calidad (y por tanto su productividad) de los cultivos destinados a la alimentación humana. Asimismo, si bien en los últimos años se ha avanzado notoriamente en el conocimiento a partir de la utilización de modelos de estudio como el de A. thaliana, el abordaje de los problemas inherentes a cada especie demanda preguntas específicas como las que esta tesis intenta responder en lo referente a la regulación de la biosíntesis de vitamina E en los frutos de tomate. Los problemas planteados guiaron a abordar el objetivo general de esta tesis:

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I.3.1 Objetivo General: Generar las bases de conocimiento y herramientas necesarias para la identificación de los mecanismos moleculares que regulan los contenidos de vitamina E en los frutos de tomate.

A su vez, sobre la base de los antecedentes previamente descriptos se planteó la siguiente hipótesis de trabajo: La variabilidad en los contenidos de vitamina E presente en frutos de diferentes variedades y especies de tomate puede ser explicada, al menos en parte, por las variaciones alélicas de los genes que codifican para las enzimas de la vía biosintética. Para poner a prueba esta hipótesis se plantearon 4 objetivos específicos que se desarrollan en los capítulos II, III, IV y V de esta tesis:

1.3.2 Objetivos específicos: 1) Caracterizar

estructuralmente

y

mapear

todos

los

genes

involucrados en la biosíntesis de vitamina E e identificar QTL para los contenidos de esta vitamina en los frutos de tomate. 2) Identificar los principales componentes de la red de regulación, a nivel de la expresión génica que opera en la síntesis de vitamina E en tomate a partir del desarrollo de una plataforma de PCR en tiempo real capaz de evaluar la acumulación de RNA mensajeros para todos los genes identificados y caracterizados en el objetivo 1. 3) Establecer y evaluar un sistema de silenciamiento transiente mediado por virus (VIGS) basado en la expresión constitutiva de la proteína verde fluorescente (GFP de sus siglas en inglés) como marcador trazable que permita el análisis funcional de los genes identificados en el objetivo 1 y 2 desde estadios tempranos de desarrollo y maduración de los frutos de tomate. 4) Identificar

los

principales

determinantes

genéticos

y

sus

mecanismos de acción que regulan los contenidos de vitamina E en los frutos de tomate a partir del clonado posicional del principal QTL para vitamina E identificado en el objetivo 1.

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Los resultados obtenidos durante la exploración del primer objetivo proveerán herramientas que podrán ser inmediatamente utilizadas en programas de mejoramiento tendientes a seleccionar cultivares de tomate con mayor contenido de vitamina E. El segundo objetivo aborda un aspecto menos explorado aún en organismos fotosintéticos, como es la regulación del metabolismo a partir de la expresión de genes codificantes de enzimas. El descubrimiento de puntos claves de modulación de la vía de biosíntesis de vitamina E permitirá entender su regulación y función y resultará útil al momento de diseñar estrategias de mejoramiento. Asimismo las herramientas desarrolladas a partir del tercer objetivo serán de fundamental relevancia para entender los mecanismos de regulación de la biosíntesis de vitamina E específicamente en frutos de tomate. Adicionalmente el desarrollo de una estrategia altamente eficiente para estudios de genómica funcional como el sistema de VIGS planteado, será un aporte sustancial para la comunidad científica centrada en el estudio de esta especie de plantas. Finalmente, la concreción del cuarto objetivo representará un sensible avance para la fisiología molecular de frutos aportando conocimiento acerca de los mecanismos que subyacen al primer QTL para variaciones en los contenidos de vitamina E en tomate. Estos descubrimientos constituirán una herramienta de mejoramiento en sí misma, aportando la base del conocimiento para entender la compleja relación existente entre el genotipo y la determinación de su fenotipo, facilitando la labor de mejoradores cuyos objetivos sean optimizar el valor nutricional de los frutos.

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Capítulo II: Identificación y caracterización estructural de genes codificantes para enzimas del metabolismo de vitamina E II.1 Introducción Como fue mencionado en la introducción general, la síntesis de vitamina E ocurre exclusivamente en organismos fotosintéticos y su principal constituyente son un grupo de moléculas anfipáticas que contienen un grupo polar cromanol, derivadas del homogentisato, y una cadena lateral de poliprenilo lipofílica, productos de la vías del shiquimato (SK) y del metil-eritritol-fosfato (MEP, de sus siglas en inglés), respectivamente. Los compuestos con actividad de vitamina E se pueden clasificar en dos grupos por el grado de saturación de la cola hidrofóbica: i) los tocoferoles, más abundantes en tejidos vegetativos, poseen colas saturadas derivadas del fitilo 2-fosfato, mientras que ii) los tocotrienoles tienen una cola

hidrocarbonada insaturada derivada de

geranilgeranil 2-fosfato. La ruta biosintética de vitamina E, desde la reducción de hidroxifenilpiruvato a homogentisato hasta la síntesis de tocoferoles y tocotrienoles, es considerada la "vía central de vitamina E". Aunque esta vía fue dilucidada por Soll & Schultz, (1979), la identificación de los genes implicados es mucho más reciente. El primer gen de esta vía biosintética fue clonado en A. thaliana en 1998 y durante los años siguientes, la vía completa fue establecida, primeramente integrando los conocimientos obtenidos en los organismos modelo A. thaliana y la cianobacteria Synechocystis sp (revisado por DellaPenna & Pogson, 2006). El conocimiento acerca de estos genes permitió manipular diversos pasos de la biosíntesis (en forma individual o múltiple), a través del uso de mutantes y/o líneas transgénicas, modificando los contenidos y composición de tococromanoles en hojas y semillas de A. thaliana (DellaPenna & Pogson, 2006). Esto sugirió que existe cierta plasticidad en la producción de vitamina E en plantas superiores (para una revisión ver Falk & Munné-Bosch, 2010; Mène-Saffrané & DellaPenna, 2010). La vía central está compuesta por siete enzimas: 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa (EC 1.13.11.27 - HPPD), geranilgeranil homogentisato transferasa

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(EC 2.5.1.-, HGGT/HST), la homogentisato fitil transferasa (EC 2.5.1-, VTE2), dimetil-Fitilquinol metil transferasa (EC 2.1.1.-, VTE3), tocoferol ciclasa (EC 5.3.-.-, VTE1), -tocoferol C-metil transferasa (EC 2.1.1.95, VTE4) y fitol quinasa (EC 2,7.-.-, VTE5). En plantas superiores, los tococromanoles se han encontrado en mayor concentración en plástidos, coincidentemente con la localización de las enzimas de la vía central (Sun et al., 2009). El rol de la vitamina E, más allá de su función antioxidante, se extiende a diferentes procesos fisiológicos incluyendo la germinación, partición de fotoasimilados, división celular, crecimiento, senescencia foliar y respuestas a estrés biótico y abiótico (Falk & Munné-Bosch, 2010). Por otra parte, varios estudios han demostrado una estrecha interacción entre el metabolismo de tocoferoles y otras vías. Frutos de tomate que sobre expresan la fitoeno sintasa (PSY), una enzima clave en la biosíntesis de carotenoides, muestran mayores niveles de tocoferol (Fraser et al., 2007). Por otro lado, los contenidos de tococromanoles se ven afectados cuando la vía de post-corismato es manipulada. Plantas transgénicas de A. thaliana sobreexpresando el gen bacteriano que sintetiza la enzima bifuncional corismato mutasa (CM) / prefenato deshidratasa (PDT),

muestran niveles significativamente más altos de fenilalanina, así como de tocoferol y -tocotrienol, además de otros metabolitos secundarios (Tzin et al., 2009). Por otro lado, la biosíntesis de tococromanoles es sometida al control de señales endógenas y ambientales. El silenciamiento del factor de respuesta a la luz DE-ETIOLATED1 resultó en frutos de tomate con mayores niveles de antioxidantes, entre ellos carotenoides, flavonoides y tocoferol (Davuluri et al., 2005; Enfissi et al., 2010). No obstante el gran número de trabajos sobre el metabolismo de vitamina E en organismos modelos, muy poco se sabe sobre la síntesis de tocoferol y la regulación de la vía biosintética en tomate, un modelo de estudio y producto hortícola cuyo aporte de vitamina E a la dieta humana es sustancial.

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Siguiendo la hipótesis central de esta tesis, el objetivo que motiva el presente capítulo persigue la caracterización estructural y el mapeo de todos los genes involucrados en la biosíntesis de vitamina E y la identificación de QTL para los contenidos de estos compuestos en los frutos de tomate. Se abordan en este capítulo tres objetivos particulares: (i)

Caracterizar y mapear todos los genes implicados en la ruta de biosíntesis de vitamina E en tomate.

(ii)

Identificar QTL para el contenido de vitamina E y asociar estos con la presencia de genes candidatos en estas regiones genómicas.

(iii)

Clonar, secuenciar y analizar la estructura de los alelos de S. pennellii para estos genes.

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II.2 Resultados II.2.1 Identificación y mapeo de genes implicados en la biosíntesis de vitamina E Como se mencionó previamente, los tocoferoles y tocotrienoles, ambos con actividad de vitamina E, son producto de la convergencia de dos rutas biosintéticas centrales: las vías del SK y del MEP. Con el objetivo de identificar cada paso metabólico de la biosíntesis de tococromanoles en tomate, se reconstruyeron las vías mencionadas junto con la ruta central de biosíntesis de vitamina E (Figura 5) a partir de información depositada en la base de datos KEGG (http://www.genome.jp/kegg/), la cual recopila información sobre reacciones enzimáticas, documentadas o predichas en diferentes organismos, incluyendo Synechosistis sp. y A. thaliana. La identificación de cada una de las enzimas responsables de cada paso metabólico en la síntesis de vitamina E, sirvió para la búsqueda de las proteínas codificantes correspondientes en el genoma de A. thaliana, y a partir de estas secuencias se realizó una búsqueda en profundidad en la base de datos de unigenes de tomate depositada en la Red de Genomica de Solanaceas (http://solgenomics.net) utilizando el algoritmo tblastn. Como se muestra en la Tabla 1, fueron identificados todos los posibles genes de tomate que codifican para las diferentes enzimas de la biosíntesis de vitamina E. En total, veintinueve reacciones bioquímicas constituyen la ruta de biosíntesis de vitamina E, los cuales son catalizadas por veintiocho enzimas. El hecho de que haya una enzima menos que pasos enzimáticos radica en que el paso de deshidratación de 3-dehidroquinato a 3dehidroshikimato (catalizado por la 3-dehidroquinato dehidratasa, EC 4.2.1.10) y el siguiente paso hasta shikimato (catalizado por shikimato dehidrogenasa, EC 1.1.1.25), son catalizados por la misma enzima (SDH/DHQ) que posee ambas actividades enzimáticas (ver Tabla 1). Estas 28 enzimas son codificadas por 40 genes diferentes en tomate. Para dieciséis de estas enzimas (60%), el número de genes de tomate coincide con lo reportado para A. thaliana, mientras que para el resto el número de genes codificantes difiere, siendo tomate la especie que presenta un mayor número de genes por enzima, respecto a lo observado en A. thaliana.

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Tabla 1: Identificación de genes de tomate involucrados en la biosíntesis de vitamina E ENZIMA 1 1-deoxi-D-xilulose-5-P sintasa EC 2.2.1.7 DXS 2-C-metil-D-eritritol 4-fosfato sintasa EC 1.1.1.267 DXR 2-C-metil-D-eritritol 4-fosfato citidililtransferasa EC 2.7.7.60 CMS 4-(citidina 5’-difosfo)-2-C-metil-D-eritritol kinasa EC 2.7.1.148 ISPE 2-C-metil-D-eritritol 2,4-ciclodifosfato sintasa EC 4.6.1.12 ISPF 4-hidroxi-3-metil-2-butenil-difosfato sintasa EC 1.17.7.1 HDS 4-hidroxi-3-metilbut-2-enil-difosfato reductasa EC 1.17.1.2 HDR isopentenil difosfato -isomerasa EC 5.3.3.2 IPI geranil pirofosfato sintasa EC 2.5.1.1 GPPS

geranilgeranil pirofosfato sintasa EC 2.5.1.29 GGPS

Geranilgeranil reductasa EC 1.3.1GGDR 3-deoxi-D-arabino-heptulosonato-7-fosfato sintasa EC 2.5.1.54

A. THALIANA LOCUS

LOCALIZACIÓN 2

UNIGEN TOMATO3

PEPTIDO SEÑAL4

Region Genómica 5

MARCADOR LIGADO 6

POSICION CROMOSOMA7

At4g15560 (717 aa)

cloroplasto

U567647 (1) U316204 (2)

Cloroplasto nd

SL1.50sc04962 SL1.50sc04151

T1704 SSR67

1 (39 cM) 11 (24 cM)

At5g62790 (477 aa)

cloroplasto

U585813

cloroplasto

SL1.50sc05711

C2_At5g23060

3 (102.5 cM)

At2g02500 (302 aa)

cloroplasto

U566797

cloroplasto

SL1.50sc03961

TG528

1 (127.5 cM)

At2g26930 (383 aa)

cloroplasto

U583224

cloroplasto

SL1.50sc03804

cTOC-4-C7

1 (19 cM)

At1g63970 (231 aa)

cloroplasto

U568497

cloroplasto

SL1.50sc04633

C2_At3g27530

8 (78 cM)

At5g60600 (717 aa)

cloroplasto

U567167

cloroplasto

SL1.50sc07282

At5g60600

11 (79 cM)

At4g34350 (466 aa)

cloroplasto

U580658

cloroplasto

SL1.50sc03961

C2_At4g34350

1 (154 cM)

mitocondria cloroplasto (Fillips et al., 2008)

U577516 (1) U569721 (2)

cloroplasto

SL1.50sc03806 SL1.5sc04284

U49812 C2_At5g04270

4 (64 cM) 5 (112.7 cM)

At2g34630 (422 aa)

cloroplasto (Bouvier et al., 2000)

U573523

mitocondria

SL1.50sc04191

C2_At1g30360

8 (21.3 cM)

U574849 (1)

cloroplasto

SL1.50sc04151

C2_At5g16710

11 (31.4 cM)

At4g36810 (371 aa)

cloroplasto

U571085 (2)

cloroplasto

SL1.50sc05253

C2_At1g19340

4 (112 cM)

U573348 (3)

nd

SL1.50sc06937

CT232

2 (90.1 cM)

At3g02780 (284 aa) At5g16440 (291 aa)

At4g38460 (326 aa)

cloroplasto

U575882 (4)

cloroplasto

SL1.50sc04156

T0532

9 (30 cM)

At1g74470 (467 aa)

cloroplasto

U564571

cloroplasto

SL1.50sc05711

C2_At1G74470

3 (122 cM)

At1g22410 (527aa)

cloroplasto

U581552 (1) U566921 (2)

cloroplasto nd

SL1.50sc04151 SL1.50sc04327

T0408 T1560

11 (26 cM) 4 (83.5 cM)

Página 24

DAHPS

3-dehidroquinato sintasa EC 4.2.3.4 DHQS shikimato deshidrogenasa EC 1.1.1.25 SDH 3-dehidroquinato deshidratasa EC 4.2.1.10 DHQ shikimato quinasa EC 2.7.1.71 SK 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa EC 2.5.1.19 EPSPS corismato sintasa EC 4.2.3.5 CS

At4g33510 (432aa) At4g39980 (525 aa)

cloroplasto

U568781

cloroplasto

SL1.50sc04618

C2_At3g01160

2 (83.4 cM)

At3g06350 (603 aa)

cloroplasto

U570855(1) U570070(2)

nd nd

SL1.50sc04962 SL1.50sc05947

T1704 TG221

1 (39 cM) 6 (101 cM)

U582040

cloroplasto

SL1.50sc03806

C2_At3g62940

4 (56 cM)

U577580

cloroplasto

SL1.50sc06087

C2_At2g45240

1 (57 cM)

U563165(1) U563163(2)

cloroplasto cloroplasto

SL1.50sc03806 SL1.50sc06728

C2_At3g07950 TG370

4 (56.7 cM) 4 (21.5 cM)

U575627(1) U585231(2)

nd nd

SL1.50sc03985 SL1.50sc03952

T1480 TG147

2 (106 cM) 11 (45 cM)

U567861 (1) U570951 (2)

cloroplasto cloroplasto

SL1.50sc06607 SL1.50sc04156

C2_At5g34850 T1212

7 (0.4 cM) 9 (48 cM)

At2g21940 (276 aa) At4g39540 (300 aa) At1g48860 (521 aa) At2g45300 (520 aa) At1g48850 (380 aa)

AT5G10870 (340 aa) AT3G29200 (265 aa)

arogenato dehidrogenasa EC 1.3.1.78 TYRA tirosina aminotransferasa EC 2.6.1.5 TAT 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa EC 1.13.11.27 HPPD homogentisato geranilgeranil transferasa/ homogentisato solanesil transferasa EC 2.5.1.HST

cloroplasto (Entus et al., 2002)

At5g66120 (442 aa)

AT1G69370 (316 aa) corismato mutasa EC 5.4.99.5 CM

cloroplasto

At1g15710 (358 aa) At5g34930 (640 aa)

nd cloroplasto cloroplasto cloroplasto cloroplasto cloroplasto (Moblei et al.,1999) cloroplasto (Eberhard et al., 1996) citosol (Eberhard et al., 1996) cloroplasto cloroplasto (Rippert et al,, 2009)

At5g53970 (414 aa)

nd

U577103 (1) U563404 (2)

nd nd

SL1.50sc03832 SL1.5sc04318

C2_At1g53000 C2_At1g03820

10 (7.5 cM) 7 (43 cM)

At1g06570 (473 aa)

citosol (Garcia et al., 1999)

U580457(1) U578997(2)

nd cloroplasto

SL1.50sc04233 SL1.50sc06474

TG584 CLET-6-I4

7 (36.5 cM) 5 (70 cM)

At3g11945.2

cloroplasto

U585005

cloroplasto

SL1.50sc04727

C2_At3g58490

3 (72.6cM)

Página 25

homogentisato fitil transferasa EC 2.5.1.HPT (VTE2) dimetil-fitilquinol metil transferasa EC 2.1.1.MPBQMT (VTE3) tocoferol ciclasa EC 5.3.-.TC (VTE1) -Tocoferol C-metil transferasa EC 2.1.1.95 -TMT (VTE4) fitol quiinasa EC 2.7.-.PK (VTE5) antranilato fosforibosiltransferasa EC 2.4.2.18 APT

fosforibosilantranilato isomerasa EC 5.3.1.24 PRAI

folilpoliglutamato sintasa EC 6.3.2.17 FPGS Chlorofillasa EC 3.1.1.14 CHL

licopeno -ciclasa LYCB 1

At2g18950 (393 aa)

cloroplasto

U327540(5’) U576207(3’)

cloroplasto

SL1.50sc03984

cTOA-13-K15

7 (17 cM)-

At3g63410 (338 aa)

cloroplasto

U578249(1) U581492(2)

cloroplasto cloroplasto

SL1.50sc03967 SL1.50sc06636

T0565 TG324

9 (52 cM) 3 (4.6 cM)

At4g32770 (488 aa)

cloroplasto

U570602

cloroplasto

SL1.50sc04819

C2_At4g32770

8 (34 cM)

At1g64970 (348 aa)

cloroplasto (Ferro et al., 2009)

U584511

cloroplasto

SL1.5sc04633

TG282

8 (41.8 cM)

At5g04490 (304 aa)

cloroplasto

U583081

cloroplasto

SL1.50sc06271

C2_At5g58240

9 (50.5 cM)

At5g17990 (444 aa)

cloroplasto

U566340

cloroplasto

SL1.50sc04680

C2_At5g17990

6 (59 cM)

At1g07780 (275 aa)

cloroplasto

At1g29410 (244aa)

cloroplasto (Zhao and Last, 1995)

U564371

cloroplasto

SL1.50sc03827

cLET-1-I13

6 (24 cM)

At5g05590 (275 aa)

cloroplasto

At5g41480 (530 aa)

mitocondria (Ravanel et al., 2001)

U581922#

mitocondria

SL1.50sc03827

At5g41480

6 (26 cM)

citosol (Schenk et al., 2007)

U574853

nd

SL1.50sc03827

T0834

6 (32 cM)

cloroplasto (Ferro et al., 2009)

U570109

cloroplasto

SL1.50sc04680

cLET-19-J2

6 (74 cM)

At5g43860 (318 aa) At1g19670 (324 aa) At3g10230 (369 aa)

Nombre de la enzima y número de identificación de acuerdo a la basa de datos KEGG (www.genome.jp/kegg/). Localización de la proteína de Arabidopsis t. de acuerdo con “The Plant Proteome Database” (ppdb.tc.cornell.edu, Sun et al., 2009) o referencias específicas. 3 Nombre del unigen de tomate de acuerdo con la SGN (http://solgenomics.net). Notar que cuando más de una secuencia ortóloga se encontró en tomato, se diferenciaron por un número en paréntesis a la izquierda del nombre del unigen. 4 Predicción de la localización sub-celular de acuerdo con el software TargetP 1.1 (www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/) (Emanuelsson et al., 2007) y ChloroP (www.cbs.dtu.dk/services/ChloroP). 5 Secuencia genómica de S. lycopersicum (version 1.5) donde se localiza el unigen 6 Marcador molecular más cercano. 7 Posiciones genéticas en los cromosoma del mapa Tomato-EXPEN 2000 v52. #: Unigen Incompleto, nd: no determinado 2

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Figura 5. Ruta de biosíntesis de vitamina E. La vía del MEP, SK y tocoferol central están indicadas en rojo, verde y azul, respectivamente. Las enzimas se denominan según sus siglas en la tabla 1. Los genes para los cuales se clonó, secuenció y analizó sus alelos salvajes (ver figura 9) están subrayados.

A continuación y con el objetivo de caracterizar las enzimas del metabolismo de vitamina E en tomate, se evaluaron las secuencias proteicas con los programas TargetP y ChloroP para predecir las localizaciones sub-celulares de las mismas. Aquellas enzimas que no presentaron péptido señal se consideraron como citosólicas. Esta predicción in-silico estuvo en general (89% de los casos) de acuerdo con las evidencias experimentales reportadas para los genes ortólogos de A. thaliana. (Tabla 1). Para tres proteínas, sin embargo, las predicciones geranildifosfato

mostraron sintetasa

resultados de

tomate

contradictorios. (GPPS,

EC

Para 2.5.1.1)

la

enzima

se

predijo

direccionamiento a mitocondria en lugar de cloroplasto, mientras que para la enzima bi-funcional 3-deshidrogenasa/3-dehidroquinato shikimato deshidratasa

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(SDH / DHQ, EC 1.1.1.25/ 4.2.1.10) no se detectaron péptidos señal en ninguna de las proteínas identificadas. Además, ninguno de los péptidos de tomate identificados como posibles corismato mutasa (CM, EC 5.4.99.5) presentaron péptido señal de direccionamiento a plástidos, como sí fue reportado para A. thaliana (Rippert et al., 2009). Si bien el grado de certidumbre de las predicciones bioinformáticas aplicando los programas mencionados es variable, estos resultados podrían indicar que las vías del metabolismo central (como el caso de las del SK y MEP), que aportan intermediarios para el metabolismo secundario (en este caso la síntesis de vitamina E) en tomate podría diferir a nivel de compartimentalización subcelular, y por ende a nivel de regulación, respecto a lo observado en otras especies. Como un segundo paso en la caracterización de las bases genéticas de la biosíntesis de tococromanoles, se localizaron cuarenta y un loci que codifican para las proteínas mencionadas en un mapa genético de tomate (TomatoEXPEN 2000) (Figura 5 y 9, Tabla 1). Para el mapeo de estos loci se utilizó el conocimiento de las distancias físicas entre marcadores moleculares previamente mapeados y los unigenes ubicados en un mismo BAC o en BACs adyacentes pertenecientes a las bibliotecas genómicas utilizadas en el proyecto de secuenciación de la especie (http://solgenomics.net) (un ejemplo del mapeo de VTE1 y VTE4 en el cromosoma 8 se muestra en la Figura 6). Con excepción del 12, todos los cromosomas de tomate contienen al menos un locus que codifica para una enzima del metabolismo de vitamina E. Curiosamente, la mayoría de los loci que codifican enzimas de la ruta central de biosíntesis de vitamina E se localizan en los cromosomas 7, 8 y 9, a excepción de HST y VTE3(2) que mapean en el cromosoma 3, y HPPD(2) que mapea en el cromosoma 5. Sorprendentemente, VTE3(1), VTE5, arogenato deshidrogenasa (TYRA(2)), y geranilgeranil pirofosfato sintasa (GGPS(4)), ubicados en el cromosoma 9, co-localizan con un QTL para -tocoferol descrito anteriormente por Schauer et al., (2006).

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Figura 6. Mapeo de VTE1 y VTE4 en el cromosoma 8 de tomate. A través de análisis por BLAST se encontraron BACs que contenían a los genes VTE1 y VTE4 de tomate. La presencia de marcadores moleculares (en rojo) en estos BACs (C08SLm0073D06 para VTE1*) o en BACs adyacentes a los identificados mediante BLAST (C08HBa001B015.1 para VTE4**) fueron utilizados para anclar estas secuencias en el mapa genético de tomate EXPEN2000 (representado a la izquierda del cromosoma). El posicionamiento aproximado en el mapa genético permitió identificar ILs conteniendo los alelos silvestres de VTE1 y VTE4 (representado a la derecha del cromosoma).

II.2.2 Localización de QTLs para el contenido de tocoferol en frutos de tomate e identificación de genes candidatos Como se mencionó anteriormente, los resultados de mapeo revelaron que la mayoría de los genes de la ruta biosintética de vitamina E se agrupan en los cromosomas 7, 8 y 9. Previamente, usando una aproximación metabolómica mediante análisis por GC-MS, Schauer y colaboradores ya habían reportado dos QTL para contenido de

-tocoferol en frutos en los cromosomas 6 y 9

(Schauer et al., 2006). Con el fin de investigar la presencia de otros QTL en

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regiones genómicas que albergan genes de la ruta central de VTE, como así también obtener una cuantificación más precisa y detallada, medimos la acumulación de las diferentes formas de tocoferol mediante HPLC (Figura 7). Para analizar la presencia de QTL en las regiones mencionadas, utilizamos la población de IL previamente descrita en la sección I.2.1.

Figura 7. Perfil de tocoferoles medido por HPLC. Se analizó una muestra conteniendo una mezcla de estándares de ,  y  tocoferol como así también  y  tocotrienol. La medición se hizo con un detector de fluorescencia con excitando a 296 nm y midiendo a 340 nm. Para más detalles ver VII.15.

Las líneas seleccionadas para este estudio fueron las IL 6.1, 6.2, 7.4, 7.4.1, 7.5, 8.2, 8.2.1, 9.1, 9.2.6, así como el parental control de S. lycopersicum (cv M82). Se cosecharon frutos maduros en los mismos estadios fenológicos de

estas plantas y se determinaron los contenidos de , , y -tocoferoles. La acumulación de cada isoforma para cada IL se presenta en la Figura 8, mientras que los QTL identificados están posicionados en el mapa genético de la Figura 9. En el cromosoma 9, se identificaron dos QTL para -tocoferol (ILs

9.1 y 9.2.6), uno para -tocoferol (IL9.1), uno para -tocoferol (IL9.1) y uno para tocoferol total (IL9.2.6). Es interesante destacar que el mayor QTL de tocoferol encontrado corresponde a la IL9.2.6 y co-localiza con VTE3(1), un gen central de la biosíntesis de vitamina E, mientras que los QTL de la IL9.1 abarcan la región genómica que contiene a VTE5, TYRA(2) y GGPS(4). Por otro lado, las mediciones realizadas en las IL conteniendo introgresiones de S. pennellii en el cromosoma 8, mostraron diferencias significativas en los niveles de -tocoferol (IL8.2 y 8.2.1) comparado con M82. Estas ILs contienen los alelos silvestres de VTE1 y VTE4. También se identificó un QTL de reducción en los contenidos de

-tocoferol en el cromosoma 7 (IL7.4) conteniendo el alelo de S. pennellii de los genes TYRA(2), TAT(1), HPPD(1) y VTE2.

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Figura 8. Niveles de tocoferoles en frutos de ILs conteniendo genes candidatos. Los contenidos de tocoferol se determinaron meiante HPLC a partir de pericarpios de frutos maduros. Las barras indican la media de seis réplicas biológicas ± ES. * indica diferencias significativas mediante ANOVA seguido de test de Dunnett (p