barnasa en tomate

Producción de frutos partenocárpicos de tomate
asociada a la obtención biotecnológica de plantas
androestériles
José-Pío Beltrán
Departamento de
Biología del Desarrollo
I.B.M.C.P. (CSIC-UPVA)
Valencia
Oviedo,2004
La búsqueda de marcadores moleculares específicos
para los órganos florales nos condujo al aislamiento
de END1, un gen que se expresa sólo en las anteras
de guisante
Top view
Pérdida de función B (LOF-B)
en Arabidopsis
Transformaciones homeóticas en
verticilos 2 y 3
APETALA-3
PISTILLATA
pétalos>>>>sépalos
estambres>>>>carpelos
AP-3
Patrón de expresión de la proteína (26kDa) que reconoce
el anticuerpo monoclonal A1
Estambres
Sépalo
Pétalo
Estambre
Carpelo
S P
KDa
30
20
C
Origen de los distintos tejidos de la antera
Expresión específica en anteras de END1
RNA
S-2 P-2 E-2
C-2
8 -6 -4 2 1
F- F E E- E- E0 TE Po
Proteína
El gen END1 se encuentra como
copia única en el genoma del
guisante
Motivos detectados en el promotor END1
2736 pb
210 pb
+1
TATA
(-263 y -56)
CCAAT
(-347 y -66)
CAAT
(-41)
Cajas CArG
-103CC(A/T) GG-94
6
AG
-329TGAAAATACC-320
-300GGTTTCAACT-291
Cajas específicas de anteras
-290GTCAAAA-284
Zm13, LAT52
-127ACGTCA-122
Bp19
C(A)6/8 (-507,-288, -247)
OlnB4, OlnB19
El patrón de expresión espacio-temporal del gen
END1 junto con experimentos de funcionalidad de su
promotor en sistemas heterólogos nos sugieren la
posibilidad de aplicar su uso a la obtención de
plantas de cultivo androestériles.
ANDROESTERILIDAD
Requerimientos para la ablación celular
PROMOTOR ESPECÍFICO
GEN CITOTÓXICO
Tabaco: TA29, TA56
Proteasas
Arabidopsis: A9, APG
Lipasas
Tomate: LAT51,LAT56
RNasas: barnasa y RNasa T1
Guisante: END1
Toxinas: DTA y exotoxina A
RNAs antisentido/interferencia
Genes rol A, B y C
Sistema TA29-Barnasa/Barstar
Parental androestéril
Parental fértil
Antera
estéril
Antera
fértil
Tapetum
Barnasa
RNA
Barstar
RNA
Barnasa/Barstar
RNA
F1 híbrida
SalI
BamHI
pEND1 (2731 pb)
TGA
ATG
RB
nos-pro
npt II
barnasa
nos-ter
pBI101
SmaI
BamHI
XbaI
SalI
PstI
SphI
HindIII
pEND1::barnasa
Patente: NewBioTechnic (PCT/ES01/00127)
nos-ter
LB
Incremento de la floración y del
tamaño de la planta en plantas
androestériles de Arabidopsis
pEND1::barnasa
WT
pEND1::barnasa en
Arabidopsis thaliana
WT
WT
WT
pEND1::barnasa
Restauración de la fertilidad mediante cruzamiento con
plantas transgénicas pEND1::barstar
WT
pEND1::barnasa
pEND1:: barnasa / pEND1::barstar
pEND1::barnasa en Nicotiana tabacum
WT
WT
pEND1::barnasa
pEND1::barnasa
WT
pEND1::barnasa
pEND1::barnasa en Nicotiana tabacum
Fenotipos de anteras
WT
pEND1::barnasa
pEND1::barnasa en Nicotiana tabacum
WT
pEND1::barnasa
Las plantas transgénicas pEND1::barnasa
continúan floreciendo al no fructificar
pEND1::barnasa
WT
Hipótesis:
WT
Al no desviarse el consumo de sacarosa
hacia la formación de frutos, continúa
su aporte a los meristemos inflorescentes,
los cuales siguen produciendo flores de
forma continuada
WT
pEND1::barnasa
Transgénicas de colza androestéril con pEND1::barnasa
WT
F1
Flores
Anteras
Frutos
WT: anteras desarrolladas, producción de polen viable. Fruto normal con semillas.
F1: anteras desarrolladas, estambres reducidos, no se produce polen viable. Sin fruto.
F2: anteras con desarrollo incompleto, estambres muy reducidos, no se produce polen viable. Sin fruto.
F2
El éxito de la aplicación biotecnológica del promotor
de END1 para producir plantas androestériles de
Arabidopsis, tabaco y colza nos conduce a examinar
la posibilidad de producir plantas androestériles de
tomate por su interés intrínseco y para testar la
hipótesis de que dichas plantas deberían producir
frutos partenocárpicos
pEND1::barnasa en tomate (MicroTom)
Estudios histológicos
WT
pEND1::GUS
pEND1::barnasa
pEND1::barnasa en tomate
Micro-Tom
At
pEND1::barnasa
M
WT
pEND1::barnasa
Comparación entre ovarios de día 0 (antesis) de plantas transgénicas de tomate
END1::barnasa y plantas control. A. Ovario de una flor control en antesis,
B. Ovario de una flor END1::barnasa en antesis.
La ausencia del tercer verticilo produce la inducción de frutos
partenocárpicos (sin semillas) en tomates pEND1::barnasa
WT
pEND1::barnasa
pEND1::barnasa
pEND1::barnasa
WT
Durante el proceso de
maduración los tomates
partenocárpicos se
comportan normalmente
y al final del mismo
muestran pulpa en su
interior pero no semillas
pEND1::barnasa
WT
pEND1::barnasa
pEND1::barnasa
WT
POSIBLES APLICACIONES DEL
PROMOTOR DEL GEN END1
- Producción de plantas androestériles para la obtención de
híbridos de interés agronómico en cultivos derivados de
mono y dicotiledóneas.
-
Para evitar la transferencia horizontal de genes no deseada.
Para producir frutos partenocárpicos en cvs. de tomate.
Para aumentar la producción de flores.
Para dirigir el desarrollo de las plantas a la producción de
partes vegetativas
Maria D. Gómez
Edelín Roque
Francisco Madueño
Luis A. Cañas
José Pío Beltrán