Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas

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Caracterización de mutantes insercionales y somaclonales de tomate y Solanum galapagense alterados en la tolerancia a estrés abiótico y caracteres del desarrollo relacionados
(Universitat Politècnica de València, 2018-07-30) Jáquez Gutiérrez, Marybel; Atarés Huerta, Alejandro; Moreno Ferrero, Vicente; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
Uno de los aspectos fundamentales para mejorar un carácter es el conocimiento de los genes que lo controlan. Para llegar a averiguar cuáles son esos genes una de las alternativas es buscar mutantes en esos caracteres y, a partir de ellos, identificar cuáles son los que han variado respecto del material de partida. En comparación con otras alternativas metodológicas el empleo de la mutagénesis insercional presenta una evidente ventaja ya que si el gen alterado en un mutante queda etiquetado molecularmente se facilita enormemente su posterior identificación. Para identificar genes relacionados con la tolerancia al estrés hídrico y salino en tomate, se ha llevado a cabo el escrutinio de una parte de la colección de líneas T-DNA de tomate y Solanum galapagense. Además de caracterizar fenotípica y genéticamente las líneas identificadas, se ha profundizado en el conocimiento de mutantes que previamente habían sido detectados en nuestro grupo por su relación con estos caracteres. Se han identificado y caracterizado dos nuevos mutantes con alteraciones en su tolerancia al estrés hídrico. Se ha mejorado la caracterización de tres mutantes relacionados con la tolerancia a la salinidad que habían sido identificados previamente. Se han identificado y caracterizado 19 mutantes afectados en caracteres del desarrollo que podrían estar relacionados con la tolerancia a estos tipos de estrés abiótico. Por último, tras la identificación del gen responsable del mutante dor, que tenía alterada su capacidad de enraizamiento y organogénesis adventicia, se ha iniciado su análisis funcional mediante la obtención y análisis de las correspondientes líneas RNAi.
The SlCBL10 calcineurin B-like protein ensures plant growth under salt stress by regulating Na+ and Ca2+ homeostasis
(American Society of Plant Biologists, 2018-02) Egea, Isabel; Pineda Chaza, Benito José; Ortiz Atienza, Ana; Plasencia, F.A.; Drevensek, S.; García Sogo, Begoña; Yuste-Lisbona, Fernando J.; Barrero, J.; Atarés Huerta, Alejandro; Flores, F.B.; Barneche, F.; Angosto Trillo, Trinidad; Capel, C.; Salinas, J.; Vriezen, W.H; Esch, E.; Bowler, C.; Bolarin, M.C.; Moreno Ferrero, Vicente; Lozano, R.; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural; Ministerio de Ciencia e Innovación; Ministerio de Economía y Competitividad; Agence Nationale de la Recherche, Francia
[EN] Characterization of a new tomato (Solanum lycopersicum) T-DNA mutant allowed for the isolation of the CALCINEURIN B-LIKE PROTEIN 10 (SlCBL10) gene whose lack of function was responsible for the severe alterations observed in the shoot apex and reproductive organs under salinity conditions. Physiological studies proved that SlCBL10 gene is required to maintain a proper low Na+/Ca2+ ratio in growing tissues allowing tomato growth under salt stress. Expression analysis of the main responsible genes for Na+ compartmentalization (i.e. Na+/H+ EXCHANGERs, SALT OVERLY SENSITIVE, HIGH-AFFINITY K+ TRANSPORTER 1; 2, H+-pyrophosphatase AVP1 [SlAVP1] and V-ATPase [SlVHA-A1]) supported a reduced capacity to accumulate Na+ in Slcbl10 mutant leaves, which resulted in a lower uploading of Na+ from xylem, allowing the toxic ion to reach apex and flowers. Likewise, the tomato CATION EXCHANGER 1 and TWO-PORE CHANNEL 1 (SlTPC1), key genes for Ca2+ fluxes to the vacuole, showed abnormal expression in Slcbl10 plants indicating an impaired Ca2+ release from vacuole. Additionally, complementation assay revealed that SlCBL10 is a true ortholog of the Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) CBL10 gene, supporting that the essential function of CBL10 is conserved in Arabidopsis and tomato. Together, the findings obtained in this study provide new insights into the function of SlCBL10 in salt stress tolerance. Thus, it is proposed that SlCBL10 mediates salt tolerance by regulating Na+ and Ca2+ fluxes in the vacuole, cooperating with the vacuolar cation channel SlTPC1 and the two vacuolar H+-pumps, SlAVP1 and SlVHA-A1, which in turn are revealed as potential targets of SlCBL10.
Morfogénesis in vitro en cultivares de pepinillo y pepino holandés
(Universitat Politècnica de València, 2018-09-11) Valiente Chavarrías, Teresa; Moreno Ferrero, Vicente; Pineda Chaza, Benito José; Ribelles Alfonso, Carlos; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
[ES] El pepino es una de las especies hortícolas más importantes a nivel económico. Así lo indican los informes de comercio exterior que sitúan a España como el principal exportador de pepino a la Unión Europea. Conviene poner de relieve que a lo largo de los últimos años se han incrementado tanto las exportaciones como las cotizaciones de esta hortaliza en el mercado internacional. Es por ello que el desarrollo de aplicaciones biotecnológicas que permitan desarrollar nuevos cultivares de pepino con caracteres mejorados tendría una especial relevancia desde un punto de vista socioeconómico. La morfogénesis in vitro es la base de todas las aplicaciones que se derivan del Cultivo de Tejidos y Células Vegetales. En efecto, la micropropagación, las técnicas de saneamiento, la obtención de haploides y doble-haploides, el aprovechamiento de la variación somaclonal, la generación de híbridos somáticos y la transformación genética dependen de la capacidad de regenerar plantas. Los problemas a la hora de regenerar in vitro plantas de pepino estriban en la baja respuesta morfogenética en explantes de ciertos genotipos. En este contexto, el principal objetivo de este trabajo de investigación es la evaluación de la respuesta morfogenética en explantes de tres cultivares pepino. En concreto, estos estudios se han llevado a cabo con un cultivar de pepino largo o tipo “holandés” y dos cultivares de pepino corto o pepino “español”. Se han empleado distintos tipos de explantes primarios para determinar cuál o cuáles pueden ser los más morfogenéticos. Asimismo, se ha evaluado el efecto de diferentes concentraciones de reguladores del crecimiento y la influencia del ácido salicílico sobre la respuesta morfogenética. Los resultados de este trabajo permitirán abrir nuevas vías para abordar algunas de las aplicaciones que se derivan del cultivo in vitro, como por ejemplo la edición génica mediante la tecnología emergente de CRISP-Cas9.
Identificación y caracterización de mutantes afectados en caracteres del desarrollo temprano en líneas T-DNA de tomate
(Universitat Politècnica de València, 2019-04-01) Medina Lozano, Inés; Moreno Ferrero, Vicente; Atarés Huerta, Alejandro; Jáquez Gutiérrez, Marybel; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
[ES] El tomate es uno de los cultivos hortícolas más importantes a nivel económico y constituye una especie modelo en investigación, especialmente dentro de las dicotiledóneas con frutos carnosos. Por estas razones, la identificación de los genes implicados en el desarrollo de la planta es clave, tanto a nivel aplicado como a nivel de investigación básica. La detección de mutantes afectados en este desarrollo es la mejor estrategia para abordar este objetivo. Para generar colecciones de mutantes, la mutagénesis insercional con T-DNA constituye una herramienta muy útil. Tras conseguir una colección de mutantes, permite el etiquetado de los genes afectados con un inserto de ADN conocido, cuya clonación mediante técnicas basadas en la PCR es rápida y sencilla. Además, si se utilizan trampas génicas se puede obtener información adicional sobre la función del gen a partir del estudio de su patrón de expresión. En el marco de distintos proyectos de investigación se ha generado una colección de unas 7800 líneas T-DNA de tomate y especies silvestres relacionadas gracias al desarrollo de protocolos eficaces de transformación genética en estas especies. Para la identificación de las líneas mutantes se han utilizado técnicas de cultivo in vitro, junto con el cultivo de plantas en el invernadero. A partir de los mutantes identificados se ha clonado una serie de genes relacionados con el desarrollo vegetativo y reproductivo y la tolerancia a distintos estreses abióticos. En el presente trabajo se ha planteado un objetivo doble: por un lado, la identificación de nuevos mutantes alterados en la respuesta morfogenética in vitro, así como en caracteres del desarrollo temprano y, por otro lado, la caracterización de mutantes compactos previamente identificados en el grupo. Tras el escrutinio de 80 líneas T-DNA, se ha conseguido la identificación de tres nuevos mutantes con un sistema radicular dañado y/o clorosis. Además, tras el estudio de 15 líneas candidatas, se ha caracterizado un mutante compacto previamente identificado. En las cuatro líneas estudiadas la mutación fue de carácter monogénico recesivo, se integró un único inserto de T-DNA y en ningún caso hubo cosegregación entre el fenotipo mutante y dicho inserto de T-DNA. En todos los casos se están llevando a cabo las tareas necesarias para lograr identificar el gen alterado mediante técnicas de mapeo por secuenciación.
Morfogénesis en cultivo in vitro de cultivares autóctonos de melón
(Universitat Politècnica de València, 2019-07-22) Górriz Bosch, Alba; Moreno Ferrero, Vicente; Pineda Chaza, Benito José; Ribelles Alfonso, Carlos; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
[ES] Los cultivares tradicionales de melón, como el ‘Meló Groc d’Ontinyent’ o el ‘Meló Blanc de El Perelló’, se han convertido en los últimos años en piezas codiciadas entre los consumidores aficionados a la buena mesa, sobre todo por su carne compacta y dulce, de color amarillo o blanco, y con un equilibrado contenido en azúcares. Estas líneas, cuyo cultivo se había reducido con el paso de los años, están siendo recuperadas actualmente. Los cultivares tradicionales destacan por su calidad y adaptación a nuestras condiciones ambientales, aunque carecen de resistencia a enfermedades y plagas, así como tolerancia a diversos tipos de estrés abiótico cuya incidencia y severidad está aumentando en el marco actual del cambio climático global. La mayoría de las fuentes de resistencia son accesiones silvestres o tipos no comerciales, que son muy diferentes a los cultivares de importancia económica, como los ‘Piel de Sapo’ o ‘Cantalupo’. La introgresión de los genes de resistencia desde estas fuentes de variación mediante el método clásico de retrocruzamiento supondría años de selección y mejora, a fin de eliminar los genes indeseables que residen en el genoma de las fuentes de variación y recuperar las buenas características agronómicas de los cultivares tradicionales. Además, los estudios de re-secuenciación de genomas han mostrado que en los cultivares procedentes de un programa de retrocruzamiento quedan muchos más genes del donante de lo que nadie imaginaba. El reciente desarrollo de las técnicas de edición génica derivadas del sistema CRISPR/Cas ha abierto la posibilidad de introducir resistencia a ciertos tipos de estrés en cultivares tradicionales de forma rápida y sencilla, y sin provocar alteraciones en la excelente calidad y adaptación de estos cultivares. Sin embargo, para aplicar esta tecnología es necesario disponer de sistemas eficientes y reproducibles que permitan la regeneración en cultivo in vitro a partir del material de partida. El principal objetivo de este Trabajo Final de Grado ha sido avanzar en el conocimiento de los requerimientos culturales y morfogenéticos de cultivares tradicionales de melón, principalmente oriundos de la Comunidad Valenciana. Los resultados obtenidos han permitido determinar las condiciones más adecuadas para la regeneración de plantas en cada uno de estos cultivares.
Regulatory interplay between LEAFY, APETALA1/ CAULIFLOWER and TERMINAL FLOWER1: New insights into an old relationship
(Landes Bioscience, 2017-09-21) Serrano Mislata, Antonio; Goslin, K.; Zheng, B.; Rae, L.; Wellmer, F.; Graciet, E.; Madueño Albi, Francisco; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Irish Research Council; Science Foundation Ireland; European Regional Development Fund; Ministerio de Economía y Competitividad
[EN] The gene regulatory network comprised of LEAFY (LFY), APETALA1 (AP1), the AP1 paralog CAULIFLOWER (CAL), and TERMINAL FLOWER1 (TFL1) is a major determinant of the flowering process in Arabidopsis thaliana. TFL1 activity in the shoot apical meristem provides inflorescence identity while the transcription factors LFY and AP1/CAL confer floral identity to emerging floral primordia. It has been thought that LFY and AP1/CAL control the onset of flowering in part by repressing TFL1 expression in flowers. However, in the June issue of Plant Physiology, we reported that LFY and AP1 act antagonistically in the regulation of several key flowering regulators, including TFL1. Specifically, TFL1 transcription was suppressed by AP1 but promoted by LFY. Here, we present additional evidence for the role of LFY as an activator of TFL1 and propose that this regulatory activity is pivotal for the indeterminate growth of the SAM during the reproductive phase of development.
Mapping and Introgression of QTL Involved in Fruit Shape Transgressive Segregation into 'Piel de Sapo' Melon (Cucucumis melo L.)
(Public Library of Science, 2014-08) Díaz Bermúdez, Aurora; Zarouri, Belkacem; Fergany, Mohamed; Eduardo, Iban; Álvarez, José A.; Picó Sirvent, María Belén; Monforte Gilabert, Antonio José; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Instituto Universitario de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural; Ministerio de Ciencia e Innovación; Ministerio de Economía y Competitividad; Instituto Agronómico Mediterráneo de Zaragoza; Ministerio de Educación; Consejo Superior de Investigaciones Científicas
A mapping F-2 population from the cross 'Piel de Sapo' x PI124112 was selectively genotyped to study the genetic control of morphological fruit traits by QTL (Quantitative Trait Loci) analysis. Ten QTL were identified, five for FL (Fruit Length), two for FD (Fruit Diameter) and three for FS (Fruit Shape). At least one robust QTL per character was found, flqs8.1 (LOD = 16.85, R-2 = 34%), fdqs12.1 (LOD = 3.47, R-2 = 11%) and fsqs8.1 (LOD = 14.85, R-2 = 41%). flqs2.1 and fsqs2.1 cosegregate with gene a (andromonoecious), responsible for flower sex determination and with pleiotropic effects on FS. They display a positive additive effect (a) value, so the PI124112 allele causes an increase in FL and FS, producing more elongated fruits. Conversely, the negative a value for flqs8.1 and fsqs8.1 indicates a decrease in FL and FS, what results in rounder fruits, even if PI124112 produces very elongated melons. This is explained by a significant epistatic interaction between fsqs2.1 and fsqs8.1, where the effects of the alleles at locus a are attenuated by the additive PI124112 allele at fsqs8.1. Roundest fruits are produced by homozygous for PI124112 at fsqs8.1 that do not carry any dominant A allele at locus a (PiPiaa). A significant interaction between fsqs8.1 and fsqs12.1 was also detected, with the alleles at fsqs12.1 producing more elongated fruits. fsqs8.1 seems to be allelic to QTL discovered in other populations where the exotic alleles produce elongated fruits. This model has been validated in assays with backcross lines along 3 years and ultimately obtaining a fsqs8.1-NIL (Near Isogenic Line) in 'Piel de Sapo' background which yields round melons.
Fruit flesh volatile and carotenoid profile analysis within the Cucumis melo L. species reveals unexploited variability for future genetic breeding
(John Wiley & Sons, 2018-08) Esteras Gómez, Cristina; Rambla Nebot, Jose Luis; Sánchez, G.; López Gresa, María Pilar; González-Mas, M.C.; Fernández-Trujillo, J.P.; Belles Albert, José María; Granell Richart, Antonio; Picó Sirvent, María Belén; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Instituto Universitario de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural; Generalitat Valenciana; European Regional Development Fund; Ministerio de Economía y Competitividad; Ministerio de Ciencia e Innovación; Ministerio de Educación y Ciencia
[EN] BACKGROUNDAroma profile and carotenoids content of melon flesh are two important aspects influencing the quality of this fruit that have been characterized using only selected genotypes. However, the extant variability of the whole species remains unknown. RESULTSA complete view of the volatile/carotenoid profiles of melon flesh was obtained analyzing 71 accessions, representing the whole diversity of the species. Gas chromatography-mass spectrometry and high-performance liquid chromatography were used to analyze 200 volatile compounds and five carotenoids. Genotypes were classified into two main clusters (high/low aroma), but with a large diversity of differential profiles within each cluster, consistent with the ripening behavior, flesh color and proposed evolutionary and breeding history of the different horticultural groups. CONCLUSIONOur results highlight the huge amount of untapped aroma diversity of melon germplasm, especially of non-commercial types. Also, landraces with high nutritional value with regard to carotenoids have been identified. All this knowledge will encourage melon breeding, facilitating the selection of the genetic resources more appropriate to develop cultivars with new aromatic profiles or to minimize the impact of breeding on melon quality. The newly characterized sources provide the basis for further investigations into specific genes/alleles contributing to melon flesh quality. (c) 2018 Society of Chemical Industry
Alq mutation increases fruit set rate and allows the maintenance of fruit yield under moderate saline conditions
(Oxford University Press, 2019-10-15) Ribelles Alfonso, Carlos; García Sogo, Begoña; Yuste-Lisbona, Fernando Juan; Atarés Huerta, Alejandro; Castañeda, Laura; Capel, C.; Lozano, R.; Moreno Ferrero, Vicente; Pineda Chaza, Benito José; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural; European Regional Development Fund; Ministerio de Economía y Competitividad
[EN] Arlequin (Alq) is a gain-of-function mutant whose most relevant feature is that sepals are able to become fruit-like organs due to the ectopic expression of the ALQ-TAGL1 gene. The role of this gene in tomato fruit ripening was previously demonstrated. To discover new functional roles for ALQ-TAGL1, and most particularly its involvement in the fruit set process, a detailed characterization of Alq yield-related traits was performed. Under standard conditions, the Alq mutant showed a much higher fruit set rate than the wild type. A significant percentage of Alq fruits were seedless. The results showed that pollination-independent fruit set in Alq is due to early transition from flower to fruit. Analysis of endogenous hormones in Alq suggests that increased content of cytokinins and decreased level of abscisic acid may account for precocious fruit set. Comparative expression analysis showed relevant changes of several genes involved in cell division, gibberellin metabolism, and the auxin signalling pathway. Since pollination-independent fruit set may be a very useful strategy for maintaining fruit production under adverse conditions, fruit set and yield in Alq plants under moderate salinity were assessed. Interestingly, Alq mutant plants showed a high yield under saline conditions, similar to that of Alq and the wild type under unstressed conditions.
Morfogénesis in vitro en cultivares del género Citrullus
(Universitat Politècnica de València, 2018-09-11) Baleriola Muñoz, Laura; Pineda Chaza, Benito José; Moreno Ferrero, Vicente; Ribelles Alfonso, Carlos; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
[ES] El cultivo in vitro es una herramienta muy eficaz para la multiplicación y mejora genética del material vegetal. En condiciones adecuadas, permite la regeneración de plantas de manera eficiente, sencilla y con un alto rendimiento. Para obtener una buena respuesta es necesario optimizar el protocolo, adecuando las condiciones del experimento a los requerimientos culturales y morfogenéticos de cada especie. La sandía (Citrullus lanatus) es un cultivo de elevado interés comercial, con grandes perspectivas económicas y con un enorme potencial para la mejora genética. A pesar de su relevancia, no se han descrito métodos para la regeneración in vitro en algunos cultivares de interés. En este trabajo de investigación se han estudiado la aptitud morfogenética de distintos cultivares de tres especies del género Citrullus: Citrullus lanatus lanatus, Citrullus lanatus citroides y Citrullus colocynthis. Para ello, se ha evaluado el efecto que tienen los reguladores de crecimiento, el estado ontogénico del material de partida y el tipo de corte del explante sobre la respuesta morfogenética de estos cultivares. Finalmente, y dada la importancia comercial de las sandías triploides (comúnmente conocidas como sandías sin semillas), se ha evaluado la viabilidad del cultivo in vitro para la obtención de parentales tetraploides como alternativa al método convencional mediante tratamientos con colchicina.