Propagación y análisis de plantas de Solanum lycopersicum editadas en genes ACO2, NAC19 y NAC72 de respuesta a estrés salino

Abstract

El fruto del tomate (Solanum lycopersicum) es una baya carnosa que constituye una fuente significativa de vitamina C y carotenoides. Es la segunda hortaliza más cultivada y consumida a nivel mundial. En Chile, destaca por su alta rentabilidad tanto en consumo fresco como procesado, ocupando el tercer lugar entre los cultivos hortícolas con mayor superficie cultivada. Este cultivo presenta una sensibilidad moderada a la salinidad del suelo, uno de los principales estresores abióticos que limita la productividad y la calidad de los cultivos, generando pérdidas económicas significativas. No obstante, frente al estrés abiótico las plantas poseen mecanismos celulares y moleculares de adaptación. Entre ellos se incluye la expresión de genes que modulan la respuesta al estrés, clasificados como RP (reguladores positivos) o RN (reguladores negativos). Por ejemplo, los factores de transcripción NAC19 y NAC72 se han descrito como RP, ya que su expresión se induce bajo condiciones salinas, promoviendo la tolerancia ante estrés salino. En contraste, el gen ACO2, que codifica la enzima 1-Aminociclopropano-1-ácido carboxílico oxidasa, involucrada en el paso final de la síntesis de etileno, actúa como un RN en plantas modelo. La caracterización funcional de estos genes en tomate es una etapa clave para seleccionar variantes genéticas con mayor tolerancia a la salinidad. En este contexto, la edición genética de plantas es una estrategia ventajosa para abordar el desafío de la salinidad del suelo para el cultivo de tomate. Por ello, previo a este Seminario de Título, se realizó la transformación de tomates de la variedad Money Maker mediante la maquinaria de edición génica CRISPR/Cas9 dirigida a los genes SlNAC19, SlNAC72 y SlACO2. Así, durante el presente seminario de título se abordó la propagación in vitro y ex vitro de brotes T0, logrando establecer en tierra 18 plantas SlACO2Cr, 22 plantas SlNAC19Cr y 25 plantas SlNAC72Cr . Las líneas SlNAC19Cr presentaron una floración y fructificación tardía, mientras que en las líneas SlACO2Cr no se confirmaron eventos de edición, por lo cual las semillas T1 de ambas quedaron fuera del análisis funcional y fenológico. En contraste, el análisis molecular evidenció que la edición del gen SlNAC72Cr provocó un corrimiento en el marco de lectura en las líneas transformadas, lo que sugiere una alteración estructural en las proteínas codificadas. A partir de un ensayo de tolerancia a salinidad con plántulas T1 SlNAC72Cr, fue posible concluir que éstas mostraron mayor tolerancia al estrés salino respecto a plantas control. Con estos resultados, se sugiere que SlNAC72 actúa como RN a diferencia de lo descrito en plantas modelo y plantea que la edición dirigida de genes como SlNAC72 constituye una estrategia prometedora para mejorar la tolerancia a salinidad en tomate.

The tomato fruit (Solanum lycopersicum) is a fleshy berry that is a significant source of vitamin C and carotenoids. It is the second most widely grown and consumed vegetable worldwide. In Chile, it stands out for its high profitability in both fresh and processed consumption, ranking third among horticultural crops with the largest cultivated area. This crop is moderately sensitive to soil salinity, one of the main abiotic stressors that limits crop productivity and quality, generating significant economic losses. However, plants have cellular and molecular mechanisms to adapt to abiotic stress. These include the expression of genes that modulate the stress response, classified as positive regulators (PR) or negative regulators (NR). For example, the transcription factors NAC19 and NAC72 have been described as PR, as their expression is induced under saline conditions, promoting tolerance to salt stress. In contrast, the ACO2 gene, which encodes the enzyme 1- aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase, involved in the final step of ethylene synthesis, acts as an NR in model plants. The functional characterization of these genes in tomatoes is a key step in selecting genetic variants with greater tolerance to salinity. In this context, plant gene editing is an advantageous strategy for addressing the challenge of soil salinity for tomato cultivation. Therefore, prior to this Thesis Seminar, tomatoes of the Money Maker variety were transformed using CRISPR/Cas9 gene editing machinery targeting the SlNAC19, SlNAC72, and SlACO2 genes. Thus, during this seminar, the in vitro and ex vitro propagation of T0 shoots was addressed, establishing 18 SlACO2Cr plants, 22 SlNAC19Cr plants and 25 plants SlNAC72Cr in soil. The SlNAC19Cr lines showed delayed flowering and fruiting, while no editing events were confirmed in the SlACO2Cr, which is why the T1 seeds of both were excluded from the functional and phenological analyses. In contrast, molecular analysis showed that editing the SlNAC72Cr gene caused a reading frame shift in the transformed lines, suggesting a structural alteration in the encoded proteins. Based on a salinity tolerance test with T1 SlNAC72Cr seedlings, it was possible to conclude that they showed greater tolerance to salt stress than control plants. These results suggest that SlNAC72Cr acts as a RN, unlike what has been described in model plants, and suggest that targeted editing of genes such as SlNAC72 is a promising strategy for improving salt tolerance in tomatoes.