Análisis funcional de Snakin - 1 en plantas transgénicas de Solanum tuberosum

Tesis para obtener el grado de Doctora en el área de Ciencias Agropecuarias, de la Universidad de Buenos Aires, en 2015

Snakin-1 (SN1)es un péptido antimicrobiano rico en cisteínas aislado a partir de Solanum tuberosum que fue clasificado como miembro de la familia Snakin/GASA. Con el objetivo de estudiar el rol de SN1 in planta, se realizó una caracterización detallada de líneas sobreexpresantes y silenciadas para este gen. Si bien la sobreexpresión de SN1 no resultó en diferencias morfológicas evidentes con respecto a las plantas sin transformar, las líneas silenciadas mostraron una altura reducida, hojas de una forma atípica y de menor tamaño, e importantes defectos en los procesos de floración y de tuberización. El área foliar de las mismas presentó una disminución del 50-60 por ciento como resultado de un menor número de células por hoja. Con el fin de identificar vías metabólicas y procesos fisiológicos afectados en las líneas transgénicas se analizaron los perfiles metabólicos y la composición de la pared celular de las hojas. Asimismo, se estudió la participación de SN1 en la homeostasis redox y en el balance hormonal. Finalmente se hicieron análisis de los perfiles transcripcionales de las líneas transgénicas con el fin de esclarecer el modo de acción de SN1. Los resultados obtenidos demuestran que el silenciamiento de SN1 afecta la división celular, el metabolismo primario y la composición de la pared celular lo cual resulta en notorias alteraciones fenotípicas e indica que este gen participa en el crecimiento y en el desarrollo además de su rol en defensa. Como fue descripto para otros genes de la familia Snakin/GASA, es posible que SN1 cumpla su rol mediante la modulación de las especies reactivas de oxígeno y de la síntesis de hormonas en la planta. Asimismo, la disponibilidad del genoma secuenciado de la papa nos permitió identificar 14 nuevos miembros de la familia Snakin/GASA que se suman a los tres genes previamente reportados para esta especie.

Snakin-1 (SN1) is an antimicrobial cysteine-rich peptide isolated from Solanum tuberosum that was classified as a member of the Snakin/GASA protein family. In this work, a transgenic approach was used to study the role of SN1 in planta. Even when overexpressing SN1 potato lines did not show remarkable morphological differences from wild type (WT), SN1 silencing resulted in reduced height, reduced leaf size, malformed leaves and severe alterations in tuberization and flowering process. SN1 silenced lines had a leaf area reduction of 50-60% with respect to WT leaves as a result of a reduced number of epidermal cells. In order to identify metabolic pathways and physiological processes affected in transgenic lines we analyzed metabolic profiles and cell wall composition from overexpressing and silenced lines as well as WT leaves. Moreover, we studied SN1 involvement in redox homeostasis and hormonal balance. Finally, transcriptional profiling analyses were performed to gain insight into the mode of action of SN1. We demonstrated that SN1 silencing results in an abnormal phenotype and affects cell division, leaf primary metabolism and cell wall composition in potato plants, suggesting that SN1 has additional roles in growth and development beyond its previously assigned role in plant defense. It is possible that SN1 plays its role by modulating reactive oxygen species and synthesis and hormone levels in plants, as it was described for others genes of Snakin/GASA family. Furthermore, 14 novel Snakin/GASA family members were identified in the recently sequenced potato genome in addition to the previously reported genes (SN1, SN2 and SN3) suggesting that the Snakin/GASA gene family in potato consists of 17 members.

Instituto de Biotecnología

Fil: Nahirñak, Vanesa. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Biotecnología; Argentina