Regulación genética de la determinación sexual en cucurbita pepoclonación, caracterización y análisis funcional de genes implicados en la biosíntesis, percepción y respuesta a etileno

Resumen

El calabacín es uno de los cultivos principales de la provincia de Almería. En la campaña 2006/2007, la producción de calabacín superó las 250.000 toneladas, lo que supuso el 90% de la producción nacional. Para la horticultura protegida de la provincia de Almería y durante esa misma campaña, la producción de calabacín representó el 8,69% de la producción total, y el 9,66% del valor económico, siendo el cuarto cultivo en importancia por su valor económico, después de tomate, pimiento y pepino. Las producciones de calabacín en condiciones protegidas requieren de variedades competitivas, muchas de las cuales están siendo desarrolladas por empresas multinacionales de semilla en estaciones experimentales asentadas en Almería. Además, de resistencias a plagas y enfermedades, dos de los caracteres prioritarios en los programas de mejora genética de calabacín son la expresión sexual y la partenocarpia. A la vez que se desarrollan variedades cada vez más partenocárpicas, que no requieren de polinizadores para el cuajado y crecimiento del fruto en el cultivo fuera de temporada, se está incrementando el potencial ginoico de estas variedades. Por lo que respecta a la expresión sexual, y al contrario de lo que ocurre en otros cultivos próximos como el pepino y el melón, las variedades de calabacín son todas monoicas, desarrollando flores masculinas y femeninas en el mismo pie de planta. La búsqueda de materiales contrastantes en su expresión sexual no solo es prioritaria para mejorar la producción de flores femeninas por planta en esta especie, sino que se hace imprescindible para determinar el control genético y hormonal de la expresión sexual en esta cucurbitácea. Además, puesto que la expresión sexual de calabacín, al igual que ocurre en otras especies de la familia Cucurbitaceae, está muy controlada por los niveles y sensibilidad a etileno, el conocimiento de la regulación molecular de la producción y sensibilidad a esta hormona, no solo es importante desde el punto de vista básico, sino que puede suponer una herramienta valiosísima para mejorar éste y otros caracteres dependientes de etileno. Utilizando dos líneas puras de Cucurbita pepo que difieren en su expresión sexual, hemos profundizado en el conocimiento de los factores genéticos y moleculares que, mediados por etileno, regulan la determinación sexual en esta especie. La caracterización fenotípica de dos líneas puras de Cucurbita pepo en condiciones de invernadero, tanto en primavera-verano como en otoño-invierno, ha puesto de manifiesto que ambas líneas difieren significativamente en su expresión sexual, siendo una de ellas bastante ginoica y produciendo una gran proporción de flores femeninas, mientras que la otra es muy androica y produce un reducido número de flores femeninas. Estas diferencias se mantienen tanto en las condiciones de cultivo de primavera-verano como en las de otoño-invierno, lo que demuestra que no están determinadas por factores ambientales sino genéticos. Los resultados demuestran claramente que las diferencias entre la expresión sexual de las líneas puras se debe a un gen mayor, y que el fenotipo sexual de la línea más androica podría estar conferido por el alelo recesivo. De acuerdo con esta última característica y teniendo en cuenta que el etileno es el principal regulador de la determinación sexual en las cucurbitáceas, en este trabajo se detalla la clonación y caracterización molecular de Cucurbita pepo CONSTITUTIVE TRIPLE RESPONSE1 y 2 (CpCTR1 y CpCTR2), dos genes de calabacín homólogos a CTR1, un regulador negativo de la respuesta a etileno en Arabidopsis. Además, se analiza la función de estos genes en el desarrollo de calabacín, analizando sus patrones de expresión en distintos tejidos de la planta, en distintos órganos florales durante el desarrollo de flores masculinas y femeninas, así como su posible regulación por etileno. Además, hasta el momento no existía ningún estudio que relacionara la expresión de estos genes durante el desarrollo temprano de las flores y la expresión sexual. Aunque CpCTR1 y CpCTR2 no se inducen por etileno en plántulas u hojas de plantas adultas, estos genes están regulados diferencialmente por etileno durante el desarrollo floral. Los resultados obtenidos del análisis fenotípico, genético y fisiológico de las líneas han demostrado que las diferencias en la expresión sexual de estas líneas están asociadas con una menor sensibilidad a etileno en la línea más androica, siendo la línea más ginoica más sensible a esta hormona. Dado que los efectos fenotípicos de los tratamientos con agentes estimulantes o inhibidores de etileno han indicado que las diferencias en la expresión sexual de estas dos líneas pueden estar también relacionada con diferencias en la producción de etileno en las flores, estudiamos la producción de etileno durante el desarrollo de las flores femeninas y masculinas de las líneas, y llevamos a cabo un estudio detallado de la regulación transcripcional de siete genes relacionados con la producción (CpACS1 y CpACO), percepción (CpETR1, CpETR2 y CpERS1) y respuesta (CpCTR1 y CpCTR2) a etileno en las líneas mediante RT-PCR a tiempo real. El estudio será determinante para establecer el rol funcional de estos genes en la determinación sexual y en el desarrollo de las flores masculinas y femeninas de C. pepo.