docJosé Miguel Martínez Zapater - Fundación Universidad de La Rioja
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José Miguel Martínez Zapater - Fundación Universidad de La Rioja
Variación somática en la vid: una herramienta para la selección clonal y el análisis genético funcional José M. Martínez Zapater, ICVV Objetivos del ICVV • Generar conocimiento • Aplicar e innovar • Formar e informar Localización del ICVV ICVV current status • Edificio de Laboratorios y Bodega Experimental (ca. 6500 m2) • Edificio Admnistrativo (1200 m2) • Bodega Institucional Organización del ICVV (Plan Estratégico 2010-2013) • Departamentos de Investigación • Viticultura • Enología • Servicios de Investigación • Técnicas Instrumentales • Cultivos • Bodega Experimental • Servicios de Apoyo • Biblioteca • Administración • OTRI Líneas de Investigación del ICVV (Plan Estratégico 2010-2013) • Viticultura sostenible para la producción de uva y vino de calidad Aspectos integradores • Finalidad • Composición y calidad final del vino • Aproximaciones • Explotación de la variación natural • Aplicación de tecnologías de última generación, p.e. “omics” • Del conocimiento fundamental al desarrollo e innovación Líneas de Investigación del ICVV (Plan Estratégico 2010-2013) Viticultura sostenible para la producción de uva de calidad 1. Genética y mejora genética de la vid 2. Sistemas de producción en viticultura 3. Protección integrada del viñedo Enología 1. Microbiología y biotecnología enológica 2. Química y tecnología enológica Variación somática • Variación genética que afecta a determinadas líneas celulares • Sólo es relevante cuando se origina en células meristemáticas • El fenotipo se transmite mediante propagación vegetativa • Las plantas portadoras suelen ser quimeras • El fenotipo se hereda sexualmente si la mutación afecta a la línea celular L2 que genera los gametos La variación somática es fuente de diversidad genética en la vid • Fuente de diversidad genética durante el proceso de domesticación y evolución varietal • Muchos caracteres relevantes en la mejora genética de la vid se han generado por variación somática • color de la baya • apirenia, partenocarpia • aromas • hermafroditismo • Base de la selección clonal • Fuente de información génica funcional La variación somática es una herramienta de innovación del producto varietal Permite innovaciones sobre un producto adaptado a la producción, a la legislación y al mercado La variación somática es una herramienta de innovación del producto varietal Permite generar nuevos productos en parte preadaptados al sistema productivo Cariñena blanca Cariñena tinta La variación somática genera variantes aberrantes Pinot Morrastel Gamay Chatelet et al. 2007 Variantes somáticos caracterizados a nivel genético y/o molecular en la vid Phenotype Molecular Function Locus Functional polymophism Position Functional alteration Efect Frequency References Mutation Dominant unique Boss and Thomas 2002 Promoter Retrotransposon Expression Dominant high Lijavetzky et al 2006 Gene Deletion Lack of protein Recesive medium Walker et al 2006 Berry development Fleshless ? ? ? ? Dominant unique Fernández et al 2006 Seedlessness SDI TF? ? ? Modified protein? Dominant high Mejía et al 2011 Cluster size RRM TFL1 Promoter Transposon Overexpression Dominant Single Fernández et al 2010 Aroma DXS Enzymatic CDS aa sustitution Modified protein Dominant Low Battilana et al 2010 Leaf shape CIOUTAT ? ? ? ? Dominant Low Lijavetzky et al in p. Dwarfism VvGAI DELLA protein Exon Colour VvMYBA1 MYB TF aa sustitution Modified protein Genética simple y mendeliana Elementos transponibles, mutaciones puntuales y deleciones Los efectos de las mutaciones son generalmente dominantes La domesticación y la mejora genética han aumentado la frecuencia de algunas variantes La variación somatica genera modelos útiles Microvines y Picovines Líneas mutantes derivadas de la L1 de Pinot Meunier • Generación anual • Floración y producción de uva continua • Pequeño tamaño • Líneas puras • Análisis genético • Análisis fisiológico • Mejora genética La selección clonal basada en la detección, selección y explotación de la variación somática puede dar respuestas innovadoras a los retos del sector en lo que respecta a: Calidad, Sostenibilidad y Cambio global En lo relativo a aproximaciones genéticas, la explotación de la variación somática es la primera alternativa a ensayar ante el cambio climático La selección clonal puede ser muy eficiente en variedades de referencia • Mayor superficie de cultivo • Más información genética y genómica • Nuevas herramientas de análisis genético • Estrategias de fenotipado de alta eficacia • Mayor eficacia en el análisis de clones Tempranillo en La Rioja 40000 Ha x 3500 cepas x 12 yemas 1.7 109 posibilidades de variación al año Requiere mayor contacto con el viñedo Más información genómica disponible en variedades de interés económico Dos genomas de vid difieren en: - 10-16 SNP por kb - ca. 11% de su tamaño Cada variedad es portadora de 2 genomas: - paterno - materno Secuenciar el genoma de una variedad cuesta ya menos de 6000 € Nuevas herramientas de análisis genético GeneChipsTM como herramientas para: - Detectar el nivel de expresión génica - Detectar el estado de duplicación génica Sondas para 23000 unigenes: representan un 60% de los genes de Vitis vinifera en base a secuencias de ca. 350000 ESTs • Sondas de 25 nucleótidos • 11 sondas específicas por unigen • 1 muestra/ chip Proyecto GRAPEGEN, Genoma España & Genome Canada Los GeneChips son muy eficientes en la detección de diferencias de expresión entre planta original y variante La claves para una correcta comparación en la expresión son: • Selección del órgano y tejido adecuado • Selección del momento adecuado • Cultivo homogéneo de las plantas • Suficientes réplicas biológicas Variante somático RRM en Cariñena que muestra inflorescencia y racimo excesivamente ramificados • Zarcillos, inflorescencias y racimos extremadamente ramificados • Retraso en la floración • Flores fértiles • Bayas normales • Mutación única y dominante (L2) Fernandez et al. 2010 Análisis de las diferencias de expresión en inflorescencia S1 y S3 entre Cariñena y RRM Affymetrix GeneChips 16K Reprimidos in RRM Sobre-expresados en RRM Genes Candidatos Fernandez et al. 2010 P<0.05, FC>1.5 GENESIS El alelo a del gen VvTFL1A de Carineña tiene una inserción de un transposón que altera su expresión Fernandez et al. 2010 Los GeneChips detectan cambios en el estado de duplicación génica entre planta original y variante La claves para una correcta comparación en la expresión son: • Selección del órgano y tejido adecuado • Suficientes réplicas biológicas La variación somática para el color de la uva ha sido ampliamente explotada en vino y mesa Variación somática muy común en distintos fondos genéticos Dos tipos básicos de variación somática según el color original Se debe a un solo locus en el GL2 Es un locus complejo con al menos dos genes MybA funcionales ligados Color locus VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w Null allele Functional allele Walker et al 2007 La variación somática de blanco a rosa se debe a la recombinación de un retrotransposón en VvMybA1 Cada nueva variante somática independiente se debe un suceso de recombinación distinguible a nivel molecular VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w Lijavetzky et al., 2006 La variación de tinto a blanco se debe a la pérdida del alelo funcional en variedades heterocigóticas VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w Alelo nulo Tempranillo Alelo funcional Cariñena VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w Aleo nulo VvMYBA4 VvMYBA2w Deleción Alelo funcional Kb Walker et al., 2006 VvMYBA1w VvMYBA3w IT RU BE TE TB Kb 7.0 7.0 6.0 5.0 6.0 5.0 4.0 4.0 3.0 3.0 Garnacha Cabernet Sauvignon Conclusiones • La selección clonal es una herramienta eficiente de innovación en la mejora de las variedades de elite de vid • La selección clonal debe ser la primera estrategia a considerar en la selección de genotipos adaptados a nuevas condiciones ambientales Comparación Producción/Grado BRIX en los 493 clones de Tempranillo. Año 2009 29 Grado BRIX 27 25 23 21 19 17 15 0 1 2 3 4 5 Kg uva/cepa 6 7 8 9 Agradecimientos Colaboladores: Diego Lijavetzky Laurent Torregrosa Mark Thomas Enrique García-Escudero Juana Martínez Elisa Baroja Universidad de Cuyo, Mendoza, Argentina INRA/SupAgro-UMR, Montpellier, France CSIRO, Adelaide, Australia ICVV (CIDA, CSIC, UR) ICVV (CIDA, CSIC, UR) ICVV (CIDA, CSIC, UR)
