La esterilidad masculina es importante para el mejoramiento de cítricos sin semillas. Una fase juvenil larga y una poliembrionía nucelar conducen a una baja eficiencia del mejoramiento híbrido en cítricos.
por la Universidad Agrícola de NanJing
El grupo de investigación de cítricos del Laboratorio Nacional Clave para la Innovación y Utilización de Germoplasma de Cultivos Hortícolas en la Universidad Agrícola de Huazhong (HZAU) ha trabajado en ingeniería celular y mejora genética durante más de 30 años. El grupo de investigación ha regenerado con éxito cíbridos de cítricos sin semillas, incluidos G1+HBP y G1+STY, mediante la fusión de células somáticas. El método transfiere la mitocondria de la mandarina Satsuma (G1), un cultivar con esterilidad masculina citoplásmica (CMS), a pomelos con semillas (HBP, STY), lo que acorta el ciclo de reproducción durante al menos 20 años.
El genoma mitocondrial de los cítricos cíbridos (G1 + HBP) proviene del progenitor del callo CMS «Guoqing No. 1» mandarina Satsuma (G1), mientras que los genomas nuclear y del cloroplasto de G1 + HBP provienen del progenitor del mesófilo fértil Hirado Buntan pummelo (HBP ). El árbol de G1+HBP se asemeja a HBP, así como la apariencia y el sabor de la fruta, mientras que G1+HBP mostró esterilidad masculina típica, incluidos pétalos y estambres degenerados y polen abortado, lo que resultó en frutos sin semillas.
La interacción de la mitocondria del padre G1 de CMS y el núcleo de HBP podría contribuir a la esterilidad masculina de G1+HBP. Los genes candidatos a la esterilidad masculina del cíbrido se identificaron mediante un análisis comparativo de la ómica y el genoma mitocondrial , mientras que aún se desconoce el patrón de interacción de la mitocondria y el núcleo en este cíbrido.
Este resultado ha sido publicado en Horticulture Research , titulado «Perfiles espaciotemporales de actividad génica en interacción nucleocitoplasmática delineada de estambres en un cítrico cíbrido somático estéril masculino».
En este estudio, los tipos de órganos y células del estambre en cinco etapas importantes se confirmaron mediante la observación de la morfología y se recolectaron mediante microdisección láser. La expresión espaciotemporal de los genes en el estambre de los cítricos se perfiló mediante RNA-Seq.
Este estudio identificó genes expresados diferencialmente (DEG) relacionados con el desarrollo del estambre en primordios de estambre, meiocitos y microsporas de G1+HBP. Los genes del modelo ABCE se analizaron sistemáticamente y el gen de clase B CgAP3.2, un homólogo de AP3 recientemente identificado en los cítricos, se seleccionó como el gen candidato involucrado en el desarrollo del estambre, de acuerdo con la expresión génica y un ensayo de interacción de proteínas.
Se aclaró la disfunción de las mitocondrias en G1+HBP y se propusieron interacciones nucleocitoplasmáticas basadas en análisis de enriquecimiento de GO de DEG, medición de hormonas y contenido de metabolismo primario del capullo floral. En los primordios de estambre de G1+HBP, el metabolismo del ácido jasmónico (JA) y la auxina (IAA) se interrumpió. Además, el patrón de expresión de los DEG relacionados con la ruta del metabolismo de JA, la fotosíntesis y el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) fue consistente.
La mitocondria exógena podría interrumpir el metabolismo de IAA directamente y afectar el metabolismo de JA indirectamente a través de la fotosíntesis anormal en los cloroplastos, lo que en conjunto cambió la expresión de los genes relacionados con el desarrollo de primordios de estambre. Los componentes celulares relacionados con la respiración y las mitocondrias se interrumpieron en los meiocitos de G1+HBP, y el metabolismo de la nucleobase mitocondrial se interrumpió en las microsporas de G1+HBP, lo que en conjunto indicó que la disfunción de las mitocondrias podría afectar el desarrollo de la meiosis y las microsporas y provocar el aborto del polen.
Este estudio propone una potencial red de interacción nucleocitoplasmática en el estambre de los cítricos, que respalda los mecanismos de divulgación de la esterilidad masculina citoplasmática en los cítricos.
Más información: Nan Jiang et al, Perfiles espaciotemporales de la actividad génica en la interacción nucleocitoplasmática delineada de estambres en un cítrico cíbrido somático estéril masculino, Horticulture Research (2023). DOI: 10.1093/hr/uhad105
