Regulacion del metabolismo del fruto del tomate (Solanum lycopersicum) por un factor de transcripcion bZIP regulado por acido abcisico

Abstract

El desarrollo del fruto es un proceso complejo regulados por hormonas vegetales y que involucra varios cambios metabólicos y fisiológicos coordinados. Mientras etileno actúa en etapas tardías de la maduración de frutos climatéricos tales como tomate, nuevas evidencias señalan una posible función de la fitohormona ácido abscísico (ABA) en etapas más tempranas de la inducción de la maduración. ABA es conocida por regular el desarrollo y maduración de semillas y estar involucrada en conferir tolerancia a desecación. La regulación génica por ABA involucra factores de transcripción bZIP tipo AREB los cuales son principalmente expresados en semillas y en tejidos vegetativos sometidos a estrés. Sin embargo, éstos también se encuentran expresados en algunos frutos tales como tomate. Para entender el papel de la señalización de ABA en el desarrollo del fruto, se estudió la expresión de dos factores de transcripción tipo AREB durante diferentes etapas de desarrollo del fruto de tomate. Además, se generaron líneas transgénicas antisentido y sobre-expresoras de un factor de transcripción tipo AREB, SlAREB1. No se encontraron cambios significativos en la tasa de producción de etileno en los frutos de tomate, lo cual concuerda con el fenotipo de maduración normal observado en los frutos transgénicos. Sin embargo, la germinación de las semillas transgénicas fue alterada. El contenido de algunos ácidos orgánicos y azúcares fue analizado mediante electroforesis capilar. Niveles superiores de ácido cítrico, málico, glucosa y fructosa fueron observados en líneas sobre-expresoras de SlAREB1 comparadas a las líneas antisentido y silvestres en pericarpo de fruto rojo maduro. Frutos de plantas silvestres y transgénicas fueron analizadas para determinar cambios en el contenido de metabolitos primarios mediante cromatografía gaseosa acoplada a espectrómetro de masas (GC-MS). Los resultados indicaron que la sobre-expresion de SlAREB1 causó un incremento en el contenido de aminoácidos y otros compuestos, como ácidos orgánicos y derivados de azúcares. Esto se correlacionó con un incremento en la expresión de algunos genes que codifican proteínas involucradas en su síntesis. Estos resultados coinciden con la acumulación de metabolitos observada en frutos de plantas bajo condiciones de estrés, lo que sugiere que las líneas sobreexpresoras de SlAREB1 podrían tener señales de estrés activadas en el fruto. Estos resultados indicarían que ABA afecta el metabolismo de estos compuestos y que SlAREB1 y otros componentes de la señal de ABA podrían ser relevantes para el metabolismo normal durante la maduración y el programa de desarrollo del fruto./ SUMMARY: Fruit development is a complex process regulated by plant hormones and involves several coordinated metabolic and physiological changes. Whereas ethylene functions at later stages during ripening of climacteric fruits such as tomato, new evidences point to a possible role of the phytohormone abscisic acid (ABA) in earlier stages of ripening induction. ABA is known to regulate seed development and maturation and to be involved in the acquisition of desiccation tolerance. ABA-regulated gene expression involves AREB bZIP transcription factors which are expressed mainly in seeds and in vegetative tissues under stress. However, they have also been found to be expressed in some fruits such as tomato. In order to understand the role of ABA signaling in fruit development, the expression of two AREB-like factors were investigated during different developmental stages of tomato fruit. Transgenic lines tomato that over-express and down-regulate one AREB-like transcription factor, SlAREB1, were generated. No significant changes were found in production rate of ethylene in tomato fruits, which agrees with the normal ripening phenotype observed in the transgenic fruits. However, the germination in transgenic seeds was alterated. Content of some organic acids and sugars was analyzed by capillary electrophoresis. Higher levels of citric acid, malic acid, glucose and fructose were observed in SlAREB1 over-expressing lines compared to those of antisense suppression lines in red-ripe fruit pericarp. To determine changes in the content of primary metabolites fruits of wild type and transgenic plants was analyzed by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The results indicated that overexpression of SlAREB1 caused an increment in the concentration of amino acids and other compounds such as organic acids and sugar derivatives. These modifications correlated with the increase expression of some genes encoding proteins involved in its synthesis. This observation is coincident with the accumulation of metabolites observed in fruits of plants under stress, suggesting that the SlAREB1 over-expressor lines could have stress signals activated in the fruit. These results indicate that ABA affects the metabolism of these compounds and that SlAREB1 and other components of the ABA signalling may be relevant for the normal metabolism that takes place during fruit ripening and its developmental program.