Identificación y caracterización de genes implicados en la variación natural para el patrón de tricomas en Arabidopsis

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 31-05-2019Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 31-11-2020Arabidopsis thaliana es la principal especie modelo vegetal, ampliamente utilizada para determinar los mecanismos genéticos y moleculares del desarrollo y la fisiología de las plantas anuales. Además, recientemente, gracias a su amplia distribución geográfica y su gran diversidad genética natural, A. thaliana se ha convertido también en una planta modelo para el estudio de procesos ecológicos y evolutivos. En particular, nuestro laboratorio está interesado en determinar las bases genéticas, moleculares y evolutivas de la variación natural para del patrón de tricomas, ya que este carácter se ha implicado en la adaptación de las plantas a numerosos factores de estrés abiótico y biótico. Con este fin se ha caracterizado previamente una colección regional de 174 accesiones de A. thaliana procedentes de la península ibérica a nivel genómico y ambiental. Interesantemente, a partir de esta colección se han identificado varias accesiones que desarrollan tricomas en el fruto, y su análisis genético previo ha mostrado que viene determinado por cinco loci denominados Fruit Trichome Density (FTD1-5). Esta tesis se propone identificar nuevos componentes genéticos y moleculares de la variación natural para el patrón de tricomas en A. thaliana, tanto en fase vegetativa como reproductiva, así como en respuesta a la herbivoría. Para alcanzar este objetivo general se han llevado a cabo las siguientes actividades: 1. Se ha realizado un análisis de asociación genómica para el patrón de tricomas en distintos órganos de la fase vegetativa y reproductiva a partir de la caracterización fenotípica de las 174 accesiones de la colección regional de la península ibérica. Este estudio ha permitido identificar varios genes candidatos conocidos (ej. ETC1, MYC1) y nuevos (ej. At2g04925, At2g40130, At4g04985 y At5g53420) que probablemente contribuyan a la variación natural para el patrón de tricomas en uno o varios órganos, o en su respuesta al tratamiento con ácido jasmónico como un estímulo análogo a la herbivoría. 2. Se ha llevado a cabo un mapeo de alta precisión del locus FTD1 utilizando una amplia población experimental derivada del cruzamiento entre las accesiones Ler y Doñ-0. Este análisis ha identificado a EGL3 como único gen candidato para FTD1, para el cual la accesión Doñ-0 presenta un alelo de ganancia de función. 3. Se han identificado los genes correspondientes a los loci FTD2, FTD3 y FTD5 mediante la caracterización fenotípica y molecular de numerosas líneas transgénicas portadoras de diferentes alelos naturales para genes candidatos. De esta forma se ha demostrado que TCL1, GL1 y TRY son los genes responsables del desarrollo de tricomas en los frutos de A. thaliana.Arabidopsis thaliana is the main research model plant, which is widely used to determine the genetic and molecular mechanisms involved in the development and physiology of annual plants. In addition, thanks to its broad geographic distribution and its large amount of natural genetic diversity, A. thaliana has also become recently a model plant to study ecological and evolutionary processes. In particular, our laboratory is interested in understanding the genetic, molecular and evolutionary bases of the natural variation for trichome patterning because this trait has been involved in adaptation to numerous abiotic and biotic stress factors. To this end, we are exploiting a regional collection of 174 A. thaliana accessions from the Iberian Peninsula, which has been previously characterized at the genomic and environmental level. Interestingly, several accessions have been identified in this collection as developing trichomes in fruits, and previous genetic analyses have shown that this trait is determined by five loci named as Fruit Trichome Density (FTD1-5). This thesis aims to identify new genetic and molecular components contributing to the natural variation for trichome patterning in A. thaliana, both in vegetative and reproductive phases, and in response to herbivory. To achieve this goal, the following tasks have been carried out: 1. Genome-wide association analyses for trichome patterning in different organs of the vegetative and reproductive phases have been done by analysing phenotypically 174 accessions of the regional collection from the Iberian Peninsula. This study has identified several known (eg. ETC1, MYC1) and new (eg. At2g04925, At2g40130, At4g04985 y At5g53420) candidate genes that likely contribute to the natural variation for trichome patterning in one or several plant organs, or in response to jasmonic acid treatment, as a proxy of herbivory. 2. A high-resolution fine mapping has been done for FTD1 locus using a large experimental population derived from the cross between accessions Ler and Doñ-0. This analysis has identified EGL3 as the only candidate gene for FTD1, for which Doñ-0 accession carries a gain-of-function allele. 3. The genes underlying FTD2, FTD3 and FTD5 loci have been identified by means of phenotypic and molecular characterization of numerous transgenic lines carrying different natural alleles of candidate genes. Thus, it has been demonstrated that TCL1, GL1 and TRY are the genes causing the development of trichomes in fruits of A. thaliana