Análisis comparativo de genes modulados por citoquinina en frutos de Prunus avium y Prunus persica post-lignificación

Abstract

El cerezo (Prunus avium) y el durazno (Prunus persica) corresponden a cultivos de exportación de alta rentabilidad para Chile. Dentro de los diversos factores comerciales asociados al fruto, se encuentran parámetros fisiológicos como el tamaño del fruto, sólidos solubles y tiempo de maduración, algunos de los cuales se conocen como índices de maduración. Estos, son regulados en diversas especies por reguladores del crecimiento de plantas, entre los cuáles se encuentra citoquinina, una fitohormona involucrada en los procesos de división y diferenciación celular. Con el objetivo de estudiar los factores moleculares de cereza y durazno involucrados en la respuesta a citoquinina, en este trabajo se realizaron análisis cuyo objetivo es determinar si en frutos de cereza y durazno los “Top 25 de genes inducidos por citoquinina”, que son fuertemente inducidos por citoquinina en la planta modelo Arabidopsis, mantienen este patrón de expresión frente al tratamiento exógeno de citoquinina. Mediante BLAST bidireccionales, se identificaron 12 y 13 posibles ortólogos de este conjunto de genes en el genoma de Prunus avium y Prunus persica respectivamente, donde 11 de ellos se comparten entre ambas especies. De estos 11 posibles genes ortólogos analizados en la plataforma INTERPROSCAN, todos presentaron los dominios proteicos característicos de las proteínas codificadas por estos genes de Arabidopsis. Además, análisis a nivel genómico de estos posibles ortólogos mostraron que, algunos de estos genes conservan su estructura genómica, mientras que otros divergen entre las especies. Dentro del mismo análisis, se observó que todos los 11 genes presentan elementos en cis de respuesta a citoquinina a lo largo de sus loci. Adicionalmente, algunos presentanelementos en cis de respuesta a giberelina y ácido abscísico, sugiriendo que podrían estar regulados por más de una fitohormona. De estos 11 genes, la localización genética de cinco de ellos se encuentra dentro de algún QTL previamente descrito y localizado en el mapa TxE, mientras que tres de ellos están dentro de un QTL de Ripening, sugiriendo que estos genes podrían estar relacionados con este proceso. Los niveles de transcrito de siete de estos posibles ortólogos fueron medidos mediante RT-qPCR, mostrando que la expresión es inducida por la aplicación exógena de citoquinina en cereza y durazno, y lo hacen en una manera especie específica. Los resultados sugieren que estos genes estarían bajo los mecanismos moleculares por los cuáles la fitohormona citoquinina ejerce su regulación.

In Chile, Sweet cherry (Prunus avium) and Peach (Prunus persica) are high yield export crops. Among the diverse commercial factors associated with these fruits, physiological parameters such as fruit size, soluble solids and the ripening time, some of which are known as indicators for the ripening. These have been described to be regulated in various species by plant growth regulators such as cytokinin. With the aim of studying the molecular factors associated with cytokinin response of sweet cherry and peach, the present study focused on performing analyses to identify if the “Top 25 cytokinin induced genes”, which are strongly modulated by the phytohormones cytokinin in the model plant Arabidopsis thaliana, are conserved in sweet cherry and peach fruits. Using a bidirectional BLAST, 12 and 13, putative orthologous of this set of genes were identified in the Prunus avium and Prunus persica genomes, respectively, 11 of which are conserved between both species. Of these 11 putative orthologous genes analyzed in the INTERPROSCAN platform, they all presented the protein domains characteristic of the proteins encoded by Arabidopsis genes. Additionally, analysis of these putative orthologous at the genomic level revealed that, some of these genes are conserved in the genomic structure, while others diverge between the species. Within the same analysis, these 11 genes have cis-regulatory elements to cytokinin throughout their loci. Additionally, some have gibberellin and abscisic acid responsive cis-regulatory elements, suggesting that they could be regulated by more than one phytohormone. Of these 11 genes, five of them are located in a QTL previously described and positioned on the TxE map, while three of them are in a Ripening QTL, suggesting that these genes could be related to the ripening process. The transcript levels of seven of these putative orthologous were measured by RT-qPCR, showing that the expression is induced by exogenous application of cytokinin in sweet cherry and peach, and they do so in a species-specific manner. The results suggest that these genes are candidate genes possibly responsible for the underlying molecular mechanisms by which the phytohormone cytokinin exerts its regulation.