Melon (Cucumis melo L.) aquaporins as molecular markers of resistance to abiotic stresses and physiopathies

Resumen

Las acuaporinas son unas proteínas transmembrana indispensables para la vida ya que facilitan el transporte pasivo de agua y otras moléculas como CO2, H2O2, compuestos nitrogenados o metaloides. En plantas se han diversificado en cinco subfamilias: PIPs (proteínas intrínsecas de la membrana plasmática), TIPs (proteínas intrínsecas del tonoplasto), NIPs (proteínas intrínsecas homólogas a nodulina-26), SIPs (proteínas intrínsecas pequeñas) y XIPs (proteínas intrínsecas X). Además, sabe que en plantas las acuaporinas ayudan frente a la adaptación de estreses tales como la salinidad, temperatura, sequía o déficit nutricionales y podrían estar implicadas en algunas fisiopatías como el rajado o cracking, el cual consiste en un desbalance entre la presión interna y externa del fruto, generando unas rajas en su superficie e impidiendo su comercialización. Es por ello que en esta Tesis Doctoral se busca caracterizar las acuaporinas del melón (Cucumis melo L.), uno de los frutos más producidos en España, especialmente en el sureste, y que está continuamente sujeto a distintos estreses ambientales. Este objetivo se llevó a cabo identificando las acuaporinas que hay en plantas de melón mediante el análisis de su expresión en distintos tejidos, caracterizando su respuesta frente a estreses abióticos típicos de la Región de Murcia y estudiando su implicación en el rajado. Todo ello, teniendo en cuenta además los aspectos fisiológicos más importantes y llevando a cabo un previo estudio bioinformático para renombrar las acuaporinas existentes, así como desechar los fragmentos o repeticiones. En el primer capítulo que corresponde al artículo titulado “Genome-wide analysis of the aquaporin genes in melon (Cucumis melo L.)”, se identificaron las 31 acuaporinas del melón (2 PIP1s, 10 PIP2s, 8 TIPs, 8 NIPs, 2 SIPs y 1 XIP) mediante análisis filogenético, las renombramos y eliminamos duplicaciones y errores en las bases de datos, además de aportar información genómica como localización o longitud. Por otro lado, se describió el posible transporte basándonos en los motivos NPA y variaciones, el filtro de selectividad ar/R y las posiciones de Froger. Por último, se analizaron los niveles de expresión basales tanto de raíz como de hoja destacando algunas aquaporinas como CmPIP1;1, CmPIP1;2 o CmTIP1;1. En el segundo capítulo que corresponde al artículo titulado “Relationships between aquaporins gene expression and nutrient concentrations in melon plants (Cucumis melo L.) during typical abiotic stresses”, se estudiaron los patrones de expresión de acuaporinas, además de distintos parámetros fisiológicos como los potenciales, contenido mineral o la conductancia hidráulica de la raíz de plantas de melón bajo estrés salino, por déficit de micronutrientes y por alta temperatura. En general, en los tres estreses se pudo observar una disminución de la expresión de acuaporinas, principalmente en raíz. Algunas acuaporinas mostraron ser decisivas en las distintas respuestas que produjeron los estreses, como CmTIP1;1, que aumentó su expresión en raíz frente salinidad y alta temperatura, mientras que disminuyó en hoja frente al estrés por déficit de nutrientes. Por último, en el tercer capítulo que corresponde con el artículo titulado “Aquaporins involvement in the regulation of melon (Cucumis melo L.) fruit cracking under different nutrient (Ca, B and Zn) treatments”, se encontraron dos tratamientos foliares compuestos por B, Ca y Zn y B y Zn, disminuyendo ambos la incidencia del rajado en el melón, 8.17% y 5.71% frente a una incidencia del 17.61% en los melones sin tratamientos. Además, estos tratamientos fueron capaces de modificar la expresión de acuaporinas en la pulpa del melón. Por último, se pudo ver como algunas acuaporinas principalmente relacionadas con el transporte de agua (CmPIP1;1, CmPIP1;2, CmPIP2;8, CmPIP2;10, CmTIP1;1, CmNIP2;2 y CmNIP5;1) estaban directamente implicadas con la aparición de esta fisiopatía.