Cultivo de la trufa del desierto : nuevas perspectivas sobre la simbiosis micorrícica, estrategias de adaptación al estrés hídrico y manejo de plantaciones

Abstract

Las trufas del desierto son hongos micorrícicos que desarrollan cuerpos fructíferos hipogeos y cuyo hábitat se limita a zonas áridas y semiáridas, principalmente de la cuenca del Mediterráneo y de Oriente Medio. De entre las trufas del desierto destacan los géneros Terfezia y Tirmania, cuyas especies forman ectendomicorrizas con plantas del género Helianthemum. La especie Terfezia claveryi Chatin fue la primera trufa del desierto en ser cultivada junto con la planta hospedante Helianthemum almeriense Pau. La presente tesis tiene el objetivo de aumentar nuestro conocimiento acerca de las trufas del desierto. Para cumplir este objetivo se propusieron cinco objetivos parciales cuyo desarrollo ha dado lugar a diversos resultados y conclusiones. Para evaluar el papel de catalasas fúngicas en la simbiosis T. claveryi y H. almeriense, se purificó una catalasa TcCAT-1 de ascocarpo de T. claveryi que fue caracterizada mediante técnicas bioquímicas, cromatográficas y bioinformáticas. Además, se midieron los niveles de transcripción del gen TcCAT-1 mediante PCR cuantitativa. Los resultados sugieren que TcCAT-1 puede jugar un papel importante durante la micorrización; además, este estudio ha puesto de manifiesto los beneficios de esta micorrización en la respuesta al estrés hídrico. Por otra parte, se secuenciaron los genomas de T. claveryi y Tirmania nivea y el transcriptoma de T. claveryi en micelio libre, micorriza bien regada y micorriza sometida a estrés hídrico; posteriormente se llevó a cabo el análisis bioinformático de todos esos datos. Se han descrito por primera vez los genes MAT de estas especies. También se estudió el patrón de expresión de las enzimas que actúan sobre la pared celular vegetal; este estudio ha revelado una regulación a la baja de estos genes durante la sequía, al mismo tiempo que se producía un cambio de tipo de micorrización, pasando de intercelular a intracelular. En general, las características descritas en este apartado están asociadas al tipo de micorriza formada por estas especies y a su adaptación a los hábitats secos. También se realizó un estudio de los datos que se han ido recogiendo durante 15 años de una plantación experimental de T. claveryi x H. almeriense con el objetivo de determinar los parámetros que más influyen en las fructificaciones de trufas del desierto y en qué momentos del año tienen una importancia mayor. Tras el análisis estadístico de los datos se puso de manifiesto que el índice de aridez en otoño y el potencial hídrico del suelo desde otoño a primavera, parecen ser los parámetros claves. Estos resultados nos han permitido proponer distintos modelos de manejo de plantaciones. En otro de los capítulos de esta tesis se caracterizaron las respuestas morfo-fisio-moleculares de la planta micorrizada H. almeriense durante primavera. Medidas de intercambio gaseoso y de cuantificación de la expresión de determinados genes de acuaporinas, pusieron de manifiesto un cambio brusco en la fenología de la planta que parece estar determinado, mayoritariamente, por el déficit de presión de vapor (DPV). Gracias a este resultado se ha determinado un valor umbral de DPV que está relacionado con la producción de trufas del desierto, y podemos concluir que, en líneas generales, cuanto más tarde se alcance este umbral en la primavera, mayores serán las producciones. Finalmente, con el fin de estudiar la viabilidad de este cultivo si se produjese un aumento en concentración de CO2 atmosférico, se realizó un ensayo en el que sometió a un grupo de H. almeriense micorrizadas con T. claveryi a una elevada concentración de CO2 combinado con un progresivo aumento de la sequía. Los resultados de este ensayo revelan que los efectos de una concentración elevada de CO2 pueden paliar, en parte, los efectos negativos del aumento de la sequía.

Summary Desert truffles are mycorrhizal fungi that develop hypogeus fruiting bodies and inhabit arid and semiarid areas, such as the Mediterranean basin or the Middle East. Among desert truffles genera, Terfezia and Tirmania are of special importance. The species that belong to these genera mostly establish ectendomycorrhizal symbiosis with plants of Helianthemum genus. Terfezia claveryi Chatin was the first desert truffle cultivated, using Helianthemum almeriense Pau as its host. This thesis has the objective of deepen the knowledge of desert truffles and their cultivation. To achieve this goal, five specific objectives were proposed that have resulted in several results and conclusions. In order to evaluate the role of fungal catalases in T. claveryi x H. almeriense symbiosis, a catalase, TcCAT-1, from T. claveryi ascocarps was purified to homogeneity and characterized using biochemical, chromatographic and bioinformatic techniques. In addition, transcription levels of the gene TcCAT-1 were measured by quantitative PCR. The results obtained suggest an important role of TcCAT-1 in the mycorrhization; in addition, this study has revealed the benefits of this mycorrhization in the response to water-stress. The genomes of T. claveryi and Tirmania nivea and the T. claveryi transcriptome from free living mycelium, well-watered mycorrhiza and drought-stressed mycorrhiza were sequenced and analyzed with bioinformatics tools. MAT genes have been described in these species for the first time. Furthermore, the expression pattern of plant cell wall degrading enzymes revealed a generalized downregulation of these genes under water-stress conditions. This event occurs in parallel with the type of mycorrhiza that is formed, which changes from intercellular to intracellular. In summary, the genomic and transcriptomic features described in this thesis are associated with the type of mycorrhiza and the dry environments inhabited by these species. During this thesis, data collected during 15 years of an experimental orchard of T. claveryi x H. almeriense were analyzed in order to know what environmental parameters and at what times of the year determine the production of desert truffle the most. After the statistical analysis of the data, we found that autumn first, and spring, secondly, are the key moments that determine T. claveryi yield. Specifically, the aridity index in autumn and the soil water potential from autumn to spring are the most important parameters. With this in mind, several management models are proposed. The morpho-physio-molecular responses of the H. almeriense mycorrhizal plant were characterized during spring. Using gas-exchange and molecular techniques, an abrupt phenology switch was revealed. This switch seems to be determined primarily by the vapor pressure deficit (VPD). Thanks to this, a threshold value of VPD has been established that is related to the desert truffle fructifications: in general terms, the later this threshold is reached, the higher the desert truffle yield. In order to evaluate the viability of this crop under the foreseeable increase in atmospheric CO2 concentrations in the following years, an assay was carried out. This assay consisted of growing a group of T. claveryi mycorrhizal H. almeriense plants under high concentrations of atmospheric CO2, combined with a progressive increase in water-stress conditions. The results of this assay reveal that the effects of a high atmospheric concentration of CO2 partially counteract the negative effects derived from water-stress.