Expresión de los genes Sbvp1 y SbGA20-oxidasa en las líneas de sorgo Redland B2 e IS9530 cultivadas en México - Villa Hernández, Juan Manuel (Universidad Autónoma Metropolitana, 2006)
El Brotado Pre-Cosecha (BPC) es un problema común en cereales. Ocurre durante la maduración de la semilla y se presenta por lo general cuando el periodo de cosecha coincide con condiciones de humedad ambiental muy elevadas. Estudios previos en sorgo han demostrado que la susceptibilidad al BPC depende, entre otros factores, del balance hormonal entre el ácido abscísico, que inhibe la germinación, y las giberelinas, que la promueven. El balance hormonal depende de la sensibilidad de los tejidos a estas hormonas, así como de los niveles endógenos de éstas. En particular, se han estudiado dos líneas de sorgo que cultivadas en Argentina en condiciones de alta humedad presentan susceptibilidad contrastante al BPC, siendo IS9530 resistente y Redland B2 susceptible. Se ha reportado que las semillas resistentes al BPC (IS9530) tienen un mayor grado de latencia que las semillas susceptibles (Redland B2). Asimismo, se encontró que la latencia está impuesta por la testa, ya que los embriones aislados de ambas líneas germinaron con igual velocidad. Respecto a los niveles endógenos de ácido abscísico, no se reportaron diferencias significativas en las dos líneas estudiadas. Sin embargo, sí se encontraron diferencias en la sensibilidad a esta hormona, siendo diez veces más sensible la línea resistente (IS9530) que la línea susceptible (Redland B2). A nivel molecular, se ha reportado la expresión de genes regulatorios que participan en la síntesis de giberelinas (GA 20-oxidasa) y en la transición maduración-germinación (Vp1). Se encontraron diferencias en la expresión del gen de la enzima GA 20-oxidasa, con altos niveles de transcripción en los embriones susceptibles al BPC (Redland B2), mientras que casi no se detectó expresión en los embriones resistentes (IS9530). Asimismo, se encontró que el ABA inhibió la expresión del gen de GA 20- oxidasa disminuyendo los niveles de las GA’s. Por otro lado, la expresión durante la ontogenia del gen homólogo a Vp1 en ambas líneas de sorgo (Sbvp1) fue elevada en embriones. Además, se encontró que durante la imbibición de cariópsides maduros, 40 días postantésis (DPA), la expresión de este gen es mayor en semillas de la línea resistente, manteniéndose durante todo el tiempo de imbibición, mientras que en cariópsides de la línea susceptible la expresión disminuye a partir de los dos días de imbibición. En estudios previos de nuestro grupo de trabajo se reportó que las condiciones ambientales en que se cultivan las semillas de sorgo y el tiempo de almacenamiento influían en la aparición del brotado precosecha. Al respecto, en este trabajo se observó que las semillas de ambas líneas cultivadas en México no presentaron brotado precosecha y la velocidad de germinación aumentó significativamente en las semillas de la línea IS9530 tanto para las semillas de plantas cultivadas en la UAM como de plantas cultivadas la UNAM. Por otro lado, se observó que las semillas de Redland B2 mostraron una disminución en su velocidad de germinación y su capacidad germinativa, alcanzando porcentajes de germinación por debajo de los alcanzados por IS9530. Este comportamiento es contrario al observado en las semillas de plantas cultivadas en Argentina que presentaron susceptibilidad contrastante al brotado precosecha, y en las que las semillas de la línea Redland B2 germinaban más rápido que las de IS9530 y los granos de 60 DPA de IS9530 no rebasaron el 20% de índice de germinación (Benech-Arnold y col., 2000; Avendaño-Gómez, 2005). El objetivo general de este trabajo fue analizar la expresión de los genes Sbvp1 y SbGA20-oxidasa en semillas de sorgo de las líneas IS9530 y Redland B2 procedentes de plantas cultivadas en México. Se utilizaron semillas maduras (más de 60 DPA) cosechadas en el año 2003. Los resultados de este trabajo demuestran que las semillas de IS9530, procedentes de plantas cultivadas en México presentaron una velocidad de germinación mayor a la de las semillas Redland B2. Con respecto a los niveles de transcritos del gen Sbvp1 en los embriones de semillas de IS9530 se observó que permanecen elevados durante todo el periodo de incubación y no correlacionan con la mayor velocidad de germinación de estas semillas. Por otra parte, se encontró que los niveles de los transcritos de SbGA20-oxidasa en las semillas de IS9530 se incrementan con respecto a los detectados en estas semillas en Argentina. Estos resultados, conjuntamente con la mayor sensibilidad a las GA’s reportada en un estudio previo de nuestro grupo de trabajo podrían explicar al menos parcialmente los cambios en la susceptibilidad al BPC y velocidad de germinación observados en estas semillas. Lo anterior sugiere que la aparición del brotado precosecha está regulada entre otros factores, por la condiciones ambientales, tales como la temperatura y la precipitación pluvial) que estén involucrados en la sensibilidad al BPC.; The pre-harvest sprouting behavior is a common problem in cereals. This phenomenon occurs during the ripening of the seed and generally when the period of harvest coincides with conditions of very high environmental humidity is presented. In previous studies with sorghum have shown that the different expression of pre-harvest sprouting behavior depend of the balance between abscisic acid (ABA), this hormone inhibits the germination and gibberellins (GAs) which promotes the seed germination. This hormonal balance depends of the tissues sensitivity and the endogenous levels of the hormones. Particularly, two lines of sorghum have been studied in Argentina which have been cultivated in high humidity conditions and show different pre-harvest sprouting behavior, IS9530 (sprouting-resistant) and Redland B2 (sproutingsusceptible). It has been reported that sprouting-resistant seeds (IS9530) have a higher dormancy than the sprouting-susceptible seeds (Redland B2). Moreover, the reports demonstrated that the isolated embryos of both lines germinated with equal speed indicated that the dormancy is imposed by the seed coat. In the two lines of sorghum studied no significant differences were observed in the endogenous levels of ABA, but the sensitivity changes in the sorghum lines. The sprouting-resistant seeds (IS9530) are ten times more sensible to this hormone that the sprouting-susceptible seeds (Redland B2). At molecular level, the expression of regulatory genes in the synthesis of gibberellins (GA 20-oxidase) and in the transition maturation-germination (Vp1) has been reported. Expression analysis of the gene of enzyme GA 20-oxidase indicated that sprouting-susceptible seeds (Redland B2) present high levels of transcription whereas in the sprouting-resistant seeds (IS9530) almost not transcription was detected. Also, the reports indicated that ABA suppresses transcription of the gene of GA 20- oxidase and low levels of gibberellins were observed. On the other hand, the expression of the homologous gene of Vp1 during seed development in both lines of sorghum (Sbvp1) was higher in embryos. In addition, the expression of the Sbvp1 in IS9530 mature caryopses (40 DPA) was higher; this expression was maintained during the oll days of imbibition (four days), whereas in susceptible caryopses the expression diminishes at two of days of imbibition. In previous studies of our group was reported that the environmental conditions in which the seeds of sorghum are cultivated and the time of storage influenced in the appearance of the pre-harvest sprouting behavior. Particularly, was detected that the seeds of both lines cultivated in Mexico not present preharvest sprouting behavior and the speed of germination significantly increased in the seeds of line IS9530 cultivated in the UAM and UNAM. Also, we observed that Redland B2 seeds have a lower speed and capacity of germination in relation whit IS9530. This phenomenon is contradictory whit the observed in seeds cultivated in Argentina. These seeds present in Argentina pre-harvest sprouting behavior and the germination was faster in the Redland B2 seeds more that the IS9530 seeds whit the germination index of the 20%. The general objective of this work was analyzed the expression of the gene Sbvp1 and SbGA20-oxidase in two lines of sorghum: IS9530 (sproutingresistant) and Redland B2 (sprouting-susceptible) cultivated in Mexico. The seeds used were cultivated in 2003 and have more the 60 DPA. The results indicated that the IS9530 seeds germinated more faster that Redland B2 seeds. The transcript level of gene Sbvp1 in IS9530 seeds was increased during incubation period (four days) but was not correspond to the speed of germination. On the other hand, the transcript level of the SbGA20-oxidase in IS9530 seeds was higher compared whit the observed in Argentina. These results and the increase observed previously in the sensitivity of gibberellins partially could explain the changes observed in the pre-harvest sprouting behavior and the germination speed. Also, these results suggest that the preharvest sprouting behavior is regulated by various factors how the environmental conditions between them temperature and rain involved in the sensitivity at pre-harvest sprouting.