Variación somática en la vid: una herramienta para la selección clonal y el análisis genético funcional. José M. Martínez Zapater, ICVV

Transcripción

1 Variación somática en la vid: una herramienta para la selección clonal y el análisis genético funcional José M. Martínez Zapater, ICVV

2 Objetivos del ICVV Generar conocimiento Aplicar e innovar Formar e informar

3 ICVV current status Localización del ICVV Edificio de Laboratorios y Bodega Experimental (ca m 2 ) Edificio Admnistrativo (1200 m 2 ) Bodega Institucional

4 Organización del ICVV (Plan Estratégico ) Departamentos de Investigación Viticultura Enología Servicios de Investigación Técnicas Instrumentales Cultivos Bodega Experimental Servicios de Apoyo Biblioteca Administración OTRI

5 Líneas de Investigación del ICVV (Plan Estratégico ) 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

6 Líneas de Investigación del ICVV (Plan Estratégico ) 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 La variación somática genera variantes aberrantes Pinot Morrastel Gamay Chatelet et al. 2007

12 Variantes somáticos caracterizados a nivel genético y/o molecular en la vid Phenotype Locus Molecular Function Functional polymophism Functional alteration Efect Frequency References Position Mutation Dwarfism VvGAI DELLA protein Exon aa sustitution Modified protein Dominant unique Colour VvMYBA1 MYB TF 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. 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

13 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

14 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

15 En lo relativo a aproximaciones genéticas, la explotación de la variación somática es la primera alternativa a ensayar ante el cambio climático

16 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

17 Tempranillo en La Rioja Ha x 3500 cepas x 12 yemas posibilidades de variación al año Requiere mayor contacto con el viñedo

18 Más información genómica disponible en variedades de interés económico Dos genomas de vid difieren en: 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

19 Nuevas herramientas de análisis genético GeneChips TM como herramientas para: - Detectar el nivel de expresión génica - Detectar el estado de duplicación génica Sondas para unigenes: representan un 60% de los genes de Vitis vinifera en base a secuencias de ca ESTs Sondas de 25 nucleótidos 11 sondas específicas por unigen 1 muestra/ chip Proyecto GRAPEGEN, Genoma España & Genome Canada

20 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

21 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

22 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 P<0.05, FC>1.5 GENESIS

23 El alelo a del gen VvTFL1A de Carineña tiene una inserción de un transposón que altera su expresión Fernandez et al. 2010

24 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

25 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 Null allele VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w Functional allele VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w Walker et al 2007

26 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

27 La variación de tinto a blanco se debe a la pérdida del alelo funcional en variedades heterocigóticas Alelo nulo VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w Alelo funcional Aleo nulo Alelo funcional VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w Deleción Tempranillo Cariñena Garnacha Cabernet Sauvignon Kb IT RU BE TE TB Kb Walker et al., 2006

28 Grado BRIX 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 Kg uva/cepa

29 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)