Caracterización molecular de la acumulación de gamma-tocoferol en semillas de girasol y cártamo

Abstract

Los tocoferoles son los compuestos antioxidantes más importantes presentes en las semillas de plantas oleaginosas. Existen cuatro formas llamadas ¿-, ß-, ¿- y ¿-tocoferol. Su acción protectora antioxidante tiene lugar tanto en sistemas biológicos (actividad in vivo como vitamina E) como en aceites y grasas (in vitro). ¿-tocoferol presenta el mayor potencial antioxidante in vivo, pero muestra menor actividad antioxidante in vitro. Por el contrario, ¿-tocoferol posee menor actividad como vitamina E, pero es un potente antioxidante in vitro. Las semillas de girasol y de cártamo contienen principalmente ¿-tocoferol (>90% del total de tocoferoles), si bien se ha desarrollado en ambas especies germoplasma con altos niveles de ¿-tocoferol (>85%). Estudios llevados a cabo sobre aceites de semillas de girasol, concluyeron que la sustitución de ¿-tocoferol por ¿-tocoferol mejora significativamente la estabilidad del aceite. El objetivo principal de esta tesis es el estudio genético y molecular del carácter alto contenido en ¿-tocoferol en semillas de girasol y de cártamo. El capítulo 1 describe el análisis genético comparativo de cuatro líneas de girasol con alto contenido en ¿-tocoferol (LG-17, T2100, IAST-540, IAST-1), así como el mapeo del gen Tph2 responsable del carácter. Los resultados indicaron que los alelos tph2 están presentes en las cuatro líneas. El análisis de grupos segregantes uniformes con marcadores SSR, a partir una población F2 derivada del cruzamiento entre CAS-12, con perfil estándar de tocoferoles e IAST-540, permitió el mapeo genético del gen Tph2 en el grupo de ligamiento 8 del mapa genético de girasol. El capítulo 2 se centra en el estudio de las segregaciones fenotípicas observadas en algunos cruzamientos en los que participa la línea IAST-1, donde se observaron niveles intermedios de ¿-tocoferol. Para este estudio genético se realizaron cruzamientos entre las líneas IAST-1, T2100 y la línea estándar HA89. El contenido en ¿-tocoferol en poblaciones F2 de cruzamientos entre HA89 y T2100 mostró una distribución bimodal que se ajustó a una proporción 3:1 (<5%:>90%) correspondiente a la segregación esperada para alelos recesivos tph2. Por el contrario, en cruzamientos entre HA89 e IAST-1 se observó, además de la proporción esperada 3:1, segregaciones con niveles intermedios de ¿-tocoferol que se ajustaron a una proporción 13:3 (<80%:>90%). Niveles intermedios transgresivos se observaron también en algunas familias F1:2 derivadas de los cruzamientos entre T2100 e IAST-1. Los resultados sugieren la presencia de genes modificadores que alteran la expresión del gen Tph2. En base a los resultados observados en el capítulo 2, en el capítulo 3 se abordó la caracterización a nivel molecular de la presencia de niveles transgresivos de ¿-tocoferol en poblaciones derivadas de cruzamientos entre T2100 e IAST-1. Los resultados sugieren que ambas líneas poseen alelos diferentes en el locus Tph2, que controla la síntesis de una enzima ¿-tocoferol metiltransferasa. El alelo en IAST-1 (tph2a) es sensible a la presencia de genes modificadores, mientras que el alelo en T2100 (tph2) no se ve afectado por estos genes. Se encontró asimismo que los genes modificadores son loci duplicados ¿-tocoferol metiltransferasa y se mapearon tres de ellos en los grupos de ligamiento 1, 14 y 16. En el capítulo 4 se describe un estudio sobre la transferencia a cártamo de marcadores moleculares basados en regiones no génicas (SSR) y génicas (IFLP y RGC) de girasol. Los resultados mostraron que el 17.6% de los marcadores SSR basados en regiones no génicas, 56.2% de IFLP, y 73.7% de los marcadores RGC se transfirieron con éxito a cártamo. El porcentaje de marcadores transferidos que mostraron polimorfismo en cártamo fue de 66.6% para SSR de regiones no génicas, 55.5% para IFLP, y 71.4% para marcadores basados en RGC. Finalmente, en el capítulo 5 se describe el estudio molecular del carácter alto contenido en ¿-tocopherol en semillas de cártamo. Para ello, se estudió una población derivada del cruzamiento entre la línea IASC-1, con alto contenido en ¿-tocopherol y la línea CL-1, con bajo contenido en ¿-tocopherol, que segregó para un único gen denominado Tph2. El análisis de grupos segregantes uniformes reveló el ligamiento de ocho marcadores RAPD y un marcador SSR con el gen Tph2 y permitió la construcción de un mapa de ligamiento que integró dicho gen. Tres de los marcadores RAPD se convirtieron en marcadores SCAR. Una estrategia de genes candidatos confirmó que el gen Tph2 codifica una enzima ¿-tocoferol metiltransferasa y permitió su secuenciación parcial y el desarrollo de marcadores específicos para este gen.