Implicación de las giberelinas y el metabolismo del nitrógeno en la respuesta al estrés salino en plantas de tomate (Solanum lycopersicum L,.)

Abstract

La salinidad es uno de los mayores problemas en nuestra agricultura actual, suponiendo grandes pérdidas económicas en el sureste español. Esta memoria de tesis ha tenido como objetivo aportar nuevos conocimientos que ayuden a paliar este problema. El tomate (Solanum lycopersicum L.) es uno de los cultivos vegetales más importantes en alimentación a nivel mundial, frecuentemente cultivado en regiones que presentan condiciones adversas como pueden ser la falta de agua y suelos salinos (por ejemplo la cuenca Mediterránea). El objetivo de esta tesis ha sido estudiar el papel de la hormona giberelina y su señalización (proteínas DELLA) en el proceso de adaptación a la salinidad. En esta tesis hemos tratado de avanzar en el conocimiento de los mecanismos responsables del proceso de respuesta en plantas al estrés salino. Para ello, hemos realizado un estudio integral del proceso a diferentes niveles de complejidad funcional, y abarcando el tema a nivel celular, fisiológico y molecular. Todos los experimentos desarrollados en esta tesis han sido realizados en plantas silvestres y dos mutantes de tomate, cv. Micro-Tom (Solanum lycopersicum L). Por un lado, el mutante gib3 (con una posible mutación en el gen ent-kaureno sintetasa), que se caracteriza por mostrar bajos niveles de giberelinas y un fenotipo enano, y el mutante procera (pro) que presenta un fenotipo alto y delgado, mostrando una respuesta constitutiva a la hormona giberelina debido a una mutación puntual en el gen SlDELLA. A partir de resultados obtenidos en el metabolismo de las giberelinas, demostramos que la salinidad alteró las concentraciones de giberelinas bioactivas GA1 y GA4. Estos niveles eran regulados de una forma diferencial entre la planta silvestre y los dos mutantes, debido posiblemente, a la modificación de la expresión génica de las enzimas implicadas en la síntesis y catabolismo de las giberelinas (20oxs, 3oxs y 2oxs). También hemos desarrollado un estudio transcriptómico de estas plantas (silvestre, gib3 y pro) crecidas en 150 mM de NaCl. El análisis de los términos GO y Bin nos mostró un incremento en la representación de términos implicados en los procesos de fotosíntesis, estrés abiótico, síntesis y degradación de proteínas, estrés térmico, pared celular y metabolismos de hormonas tales como son etileno, jasmónico y giberelinas. También se ha realizado un análisis de la ultraestructura de estos mutantes crecidos en condiciones de estrés salino. Finalmente, también se ha estudiado la respuesta de los mutantes de giberelinas bajo condiciones de estrés salino y diferentes fuentes de nitrógeno (nitrato y amonio) y como los cambios de estas fuentes pueden afectar a la adaptación al estrés salino.

SUMMARY

Salinity is one of the most important problems in the present-day agriculture, assuming large economic losses in the Southwest of Spain. This PhD Thesis aims to provide new knowledge that can help alleviate this problem. Tomato (Solanum lycopersicum L) is one of the most important food crops worldwide, frequently cultivated in regions with adverse conditions like poor-watered and saline soils (i.e. Mediterranean basin). The aim of this Thesis is to study the possible role of gibberellin metabolism and signaling (DELLA proteins) under salt stress. In this thesis, we try to advance the current understanding of the mechanisms involved in salt stress response in plants, developing a comprehensive study of the process at different levels of functional complexity, and following different technical approaches such as molecular, cellular and physiological. Tomato plants (Solanum lycopersicum, cv. Micro-Tom) and two tomato mutants, gib3 (mutation in Ent-Kaurene Synthetase), with low level of gibberellins showing dwarf phenotype and procera (pro) mutant, showing a constitutive gibberellin response (slender and tall phenotype) due to a point mutation in the SlDELLA protein, were used for all the experiments developed in this thesis. From the results obtained in the metabolism of gibberellin was demonstrated that salinity induced alterations in the bioactive gibberellin (GA1 and GA4) concentrations. This level was differentially regulated in Micro-Tom and the mutants by modification in the gene expression of the enzymes implicated in the synthesis and catabolism of gibberellins (20oxs, 3oxs and 2oxs). We have also developed a transcriptomic analysis for MicroTom, gib3 and procera plants growing at 150 mM of NaCl. GO and Bin terms analysis demonstrated the over-representation of terms implicates in photosynthesis, abiotic stress, protein synthesis and degradation, heat shock, cell wall and phytohormone metabolism such as ethylene, jasmonic acid or gibberellins. Cellular ultrastructure was also analyses in the different mutant under salt stress conditions. Finally, we have examined the response of gibberellin mutants under the salinity stress conditions and different nitrogen sources (nitrate or ammonium) and how these changes may affect the plant salt adaptation.