variación somática en la vid: una herramienta para la...
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Variación somática en la vid: una
herramienta para la selección clonal y el
análisis genético funcional
José M. Martínez Zapater, ICVV
• Generar conocimiento
• Aplicar e innovar
• Formar e informar
Objetivos del ICVV
ICVV current statusLocalización del ICVV
• 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
1. Genética y mejora genética de la vid
2. Sistemas de producción en viticultura
3. Protección integrada del viñedo
Viticultura sostenible para la
producción de uva de calidad
1. Microbiología y biotecnología enológica
2. Química y tecnología enológica
Enología
Líneas de Investigación del ICVV(Plan Estratégico 2010-2013)
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
Cariñena blanca Cariñena tinta
Permite generar nuevos productos en parte pre-
adaptados al sistema productivo
La variación somática genera variantes aberrantes
Pinot Morrastel Gamay Chatelet et al. 2007
Phenotype LocusMolecular
Function
Functional polymophismFunctional alteration Efect Frequency References
Position Mutation
Dwarfism VvGAI DELLA protein Exon aa sustitution Modified protein Dominant unique
Boss and Thomas
2002
Colour VvMYBA1 MYB TFPromoter 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
Variantes somáticos caracterizados a nivel genético y/o molecular en la vid
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
• 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
La selección clonal puede ser muy eficiente en
variedades de referencia
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
P<0.05, FC>1.5 GENESIS
Affymetrix GeneChips 16K
Reprimidos in RRM
Sobre-expresados en RRM
Genes Candidatos
Fernandez et al. 2010
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
Null allele
Functional allele
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
Color locus
Walker et al 2007
La variación somática de blanco a rosa se debe a la
recombinación de un retrotransposón en VvMybA1
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
Cada nueva variante somática independiente se debe un suceso de
recombinación distinguible a nivel molecular
Lijavetzky et al., 2006
La variación de tinto a blanco se debe a la pérdida del
alelo funcional en variedades heterocigóticas
Tempranillo
Cariñena
Garnacha
Cabernet
Sauvignon
Alelo nulo
Alelo funcional
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
Aleo nulo
Alelo funcional
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
VvMYBA4 VvMYBA2w VvMYBA1w VvMYBA3w
Deleción
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
IT RU BE TE TBKb Kb
Walker et al., 2006
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
15
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23
25
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Gra
do
BR
IX
Kg uva/cepa
Comparación Producción/Grado BRIX en los 493 clones de Tempranillo. Año 2009
Colaboladores:
Diego Lijavetzky Universidad de Cuyo, Mendoza, Argentina
Laurent Torregrosa INRA/SupAgro-UMR, Montpellier, France
Mark Thomas CSIRO, Adelaide, Australia
Enrique García-Escudero ICVV (CIDA, CSIC, UR)
Juana Martínez ICVV (CIDA, CSIC, UR)
Elisa Baroja ICVV (CIDA, CSIC, UR)
Agradecimientos