Control genético del tamaño floral en Antirrhinum majus

Abstract

[SPA] El objetivo principal del presente trabajo de tesis es entender los mecanismos genéticos del tamaño floral en Antirrhinum majus. Para ello se ha llevado a cabo un estudio genético de mutantes de A. majus que afectan al tamaño floral. En primer lugar se evaluó la estabilidad de los parámetros en estudio frente a condiciones de hacinamiento y reducción artificial del área foliar en plantas silvestre (165E). Estos resultados demostraron que los órganos laterales del cuerpo tienden a reducir la masa total frente al hacinamiento. Las hojas disminuyen de forma preferencial en tamaño, manteniendo el número. De forma opuesta, se reduce la producción de flores mientras el tamaño floral permanece prácticamente imperturbable. Estos resultados indican que el tamaño floral es un carácter estable frente a las condiciones de hacinamiento y a la reducción del área foliar. Se seleccionaron mutantes de A. majus en genes que afectan el tamaño y las proporciones florales: COMPACTA (CO), GRANDIFLORA (GRAF) Y FORMOSA (FO). En primer lugar se realizaron análisis de segregación en poblaciones F2 y se observó que los mutantes co y fo son alelos recesivos mientras el mutante Graf es un alelo dominante. El mutante co presenta reducción en el tamaño de todos los órganos de las plantas incluyendo hojas y flores. Afecta de forma específica los sépalos, pétalos y gineceos reduciendo su tamaño y provocando variaciones en la expansión y/o la división celular dependiendo de los diferentes órganos o verticilos de la flor. Graf, que presente un efecto prácticamente exclusivo en el tamaño de la flor, parece provocar cambios opuestos a co incrementando el tamaño de todos los órganos florales. Provoca un aumento en la expansión celular de la superficie de los pétalos y en la división en los órganos sexuales. El análisis de los dobles mutantes Graf co sugiere una posible participación de ambos genes en una misma ruta de control del tamaño de los pétalos. Los dobles mutantes entre co y un gen de identidad de clase B (que también reduce el tamaño de los órganos florales) muestran sinergismo entre ambos genes en cuanto al tamaño y la identidad del pétalo. Estos resultados sugieren que ambos genes participan en rutas paralelas en el control del tamaño e identidad de los órganos del segundo verticilo. El mutante fo, afecta exclusivamente el tamaño de la flor con órganos florales más grandes en los tres verticilos externos. Produce un incremento en el número de células en todos los órganos provocando un aumento de los niveles de expresión de AmAINTEGUMENTA en los meristemos florales así como un aumento de la expresión de genes relacionados con la actividad del ciclo celular en pétalos. También reduce la expansión celular de pétalos y gineceos causando una mayor expresión del gen AmBigPetal. El análisis de los dobles mutantes con un gen de identidad de clase C muestra que la acción diferencial de fo en cuanto al aumento en el tamaño de los órganos no parece ser específica de la identidad de los órganos. En el doble mutante también se observa sinergismo en cuanto al aumento del tamaño producido por fo lo que sugiere una posible participación de ambos genes en control del tamaño de los pétalos por vías redundantes. La presencia de mutantes pleiotrópicos afectando el tamaño de todos los órganos laterales de las plantas y de genes con efectos específicos en el tamaño floral indican que existen al menos dos grupos de genes que controlan el tamaño floral, uno que controla tanto el crecimiento vegetativo como reproductivo y otro específico de la flor.

[ENG] The main objective of this thesis is to uncover the genetic control of floral size in Antirrhinum majus. We have done a characterization of A. majus mutants. First step was the evaluation of the stability of floral size against crowding conditions and artificial foliar reduction, in wild type 165E plants. These results demonstrated that plant lateral organs tend to reduce total mass upon crowding. Leaf number proofed a stable character, while leaf size decreased. In contrary, flower number was reduced while floral size was stable. Results indicate that floral size is a stable character both under crowding and foliar reduction. The following genes of A. majus whose mutants affect floral size and proportions were selected: COMPACTS (CO), GRANDIFLORA (GRAF) Y FORMOSA (FO). A segregation analysis in F2 populations revealed that co and fo mutants are recessive alleles while Graf mutant is a dominant allele. The mutant co shows a reduction in the size of all plant lateral organs including flowers and leaves. In the flowers we observed a size reduction of sepals, petals and carpels either due to changes in cell expansion and/or cell division, depending on the floral organ identity or the floral whorl. Graf, which almost exclusive effect flower size, shows a phenotype opposite to co with an increase in size of all floral organs. Changes are due to an increment on cell expansion in petals and cell division in sexual organs. Analysis of the double mutant, Graf co, suggests that both genes act in the same route controlling petal size. Double mutants between co and a class B floral identity gene (which also reduces floral organ size) show a synergistic effect between both genes concerning organ size and petal identity. This suggests that the two genes could participate in organ size control and petal identity in parallel routes. The mutant fo affect exclusively flowers showing bigger floral organs in the three outer whorls. Increases cell number in all floral organs. Expression level of AINTEGUMENTA is elevated in floral meristems and those of cell cycle related genes in mutant petals. Cell expansion is reduced in petals and carpels and this coincides with an up regulation of BigPetal gene. Double mutant analysis between fo and a class C flower identity gene indicates that fo effect is not specific of organ identity. The fo double mutant also shows synergism with the class C identity gene suggesting a putative participation of both genes in redundant routes in the control of petal size. The presences of pleiotropic mutants affecting all plant lateral organs, and genes that disturb only flower size indicate the presence of at least two gene groups, one controlling vegetative and reproductive growth and another flower specific one.