La microvina

 La microviña es una variante somática de la vid. La mutación Vvgai1 da lugar a una miniaturización de los órganos vegetativos de la planta, manteniendo intacto el tamaño del fruto, y a una conversión sistemática de los zarcillos en inflorescencias. La caracterización fisiológica del desarrollo vegetativo y reproductivo de la microvina permite inferir datos cinéticos a partir de fenotipos espaciales. Este modelo biológico permite experimentar el desarrollo de la vid y la uva en condiciones estrictamente controladas, lo que acelera enormemente los estudios de fisiología, biología molecular y genética. Tras presentar las principales propiedades biológicas de la microvin, se expondrán los principales resultados de diversos programas de investigación realizados con el modelo de microvin.

 Introducción

Como cultivo frutal perenne, la vid (Vitis vinifera) requiere un largo periodo juvenil antes de que comience el ciclo reproductivo. Incluso los esquejes de vid procedentes de plantas adultas sólo permiten la producción de frutos a partir del segundo año. Además, durante la fase adulta, los cultivares comunes producen órganos reproductivos sólo una vez por ciclo de crecimiento (normalmente una vez al año) y por eje proléptico. Estas características biológicas, junto con el gran tamaño de la vid adulta, representan los principales inconvenientes para realizar experimentos fisiológicos, ecofisiológicos y ómicos precisos sobre el desarrollo de la planta y del fruto en condiciones bien controladas. Además, estas características de las vides normales ralentizan los avances en genética y mejora genética.

Microvin ML1 es una variante somática obtenida por embriogénesis somática del cultivar Pinot Meunier. Este fenotipo es el resultado de una mutación somática en el gen Vvgai1 que participa en la señalización de la giberelina. La mutación está originalmente presente en un estado heterocigoto en las células epidérmicas de Pinot Meunier, siendo responsable de su conocido fenotipo peludo. Sin embargo, la introducción de la mutación en todas las capas celulares dio lugar a una miniaturización de todos los órganos vegetativos y a una conversión de los zarcillos en inflorescencias, dando lugar a una floración y fructificación continuas a lo largo de los ejes vegetativos.

El pequeño tamaño de la microviña hace que este modelo de vid sea muy adecuado para los experimentos en cámaras de crecimiento habituales, donde es posible un control estricto de los factores ambientales (radiación, déficit de presión de vapor (VPD), temperatura, suministro de agua y nutrientes), en contraste con los experimentos. en condiciones de viñedo. De hecho, es posible cultivar las vides hasta densidades de 15 a 30 plantas / m 2.y limitar su altura a 1,2 m. En tales condiciones, los frutos más avanzados maduran 5-6 meses después de la plantación de esquejes o plántulas, y el eje vegetativo muestra todas las fases de desarrollo, desde las inflorescencias jóvenes (fitómeros distales) hasta la floración, el crecimiento de las bayas y la maduración (fitómeros proximales). En condiciones estables y controladas, los gradientes espaciales del desarrollo vegetativo y reproductivo de la microviña imitan bien el desarrollo temporal de cada fitómero, lo que permite inferir datos cinéticos a partir de una información espacial única a lo largo del eje proléptico.

En condiciones controladas, la microviña permite experimentar el desarrollo de las bayas durante todo el año, lo que acelera enormemente los estudios de fisiología y biología molecular. Además, al reducir el lapso de tiempo entre dos generaciones y aumentar la precisión del fenotipado, los enfoques genéticos son mucho más eficientes que los que generalmente se realizan con las macrovides. En la primera sección del artículo, describimos los mecanismos genéticos y moleculares que subyacen a los fenotipos de las microvías y las líneas derivadas. A continuación, repasamos los diseños experimentales típicos que pueden diseñarse con microvin. En la última sección, revisamos un proyecto reciente que utiliza este modelo para estudiar el desarrollo de la vid y la fisiología del fruto y para identificar loci de rasgos cuantitativos (QTL) para rasgos agronómicos.

El origen biológico de la microvin

 Quimerismo tisular y consecuencias fenotípicas

El meristemo de las plantas superiores está organizado en varias capas de células. La más externa, que corresponde a las células epidérmicas, resulta de divisiones anticlinales (es decir, siguiendo un plano de división perpendicular a la superficie). Este tejido que cubre todos los órganos del sistema de yemas se desarrolla como una sola capa de células. Por debajo, una zona multicelular, denominada capa celular L2, está en el origen de todos los tejidos subepidérmicos, siguiendo divisiones multidireccionales (es decir, estructuras primarias pero también meristemos laterales, cambium vascular, felógeno y sus tejidos derivados). Una capa celular más profunda (capa celular L3), que forma en algunas especies el núcleo de los órganos de los brotes (médula), aún no ha sido claramente identificada en la vid.

En general, estas líneas celulares derivadas de las células iniciales situadas en la punta de la cúpula apical no se mezclan, a menos que se produzca un accidente durante la multiplicación celular. La organización en capas celulares L1 y L2 se encuentra en los distintos órganos derivados del meristemo apical del brote (SAM) y, en particular, en los meristemos axilares en el origen de los órganos caulinares. Dado que una mutación somática es inicialmente un evento celular único, conduce al establecimiento de tejidos u órganos quiméricos, es decir, compuestos por células de diferentes genotipos y que pueden mostrar cierta diversidad fenotípica. Cuando una mutación somática aparece lateralmente a un meristemo, los cambios sólo pueden distribuirse en el sector del órgano mutado. Si la mutación se produce en una célula inicial de un meristemo, puede extenderse a todos los tejidos derivados de la célula mutada. La estructura resultante es un genotipo quimérico, periclinal, es decir, incluye capas de células que no son todas genéticamente idénticas. Las quimeras periclinales pueden estabilizarse mediante propagación vegetativa, es decir, por esquejes o injertos.

Una mutación somática puede invadir todas las capas celulares y propagarse uniformemente a todos los tejidos derivados, siempre que se cumplan las tres condiciones siguientes (i) que la mutación no sea letal para la planta, (ii) que la mutación aparezca en una célula inicial dentro de un meristemo, y (iii) que la mutación se establezca, por sustitución celular en las capas celulares L1 y L2 . La probabilidad de que se den simultáneamente estas tres condiciones es muy baja, por lo que la mayoría de las mutaciones se desarrollan de forma sectorial o periclínica y dan lugar a tejidos y órganos quiméricos.

En los años 90, mediante el uso de marcadores genéticos codominantes (microsatélites, RFLP), se demostró la existencia de quimerismo genético en varias variedades de vid. Así, Franks et al. demostraron que la Pinot Meunier puede mostrar hasta tres alelos para algunos loci, mientras que una vid, que tiene un genoma diploide, puede teóricamente mostrar sólo una forma alélica por locus homocigoto y dos formas alélicas para un locus heterocigoto. Boss y Thomas consiguieron desquimerizar la Pinot Meunier mediante embriogénesis somática. Caracterizaron los genotipos L1 a L2 resultantes y estudiaron los fenotipos asociados. Este trabajo demostró que la Pinot Meunier es portadora de una mutación en el gen VvGAI1 en la capa L1 que confiere el fenotipo velloso a la variedad.

Así, la microvina tiene la Vvgai1mutación presente en ambas capas celulares que le confiere un fenotipo muy diferente al Pinot Meunier del que deriva y que solo porta la mutación en la capa celular L1. Otra característica interesante está relacionada con el estado genético de la mutación en la microvina. Aunque está presente en ambas capas celulares, elVvGAI el locus es heterocigoto, es decir, cada célula lleva un alelo mutado Vvgai1 está asociado con un alelo de tipo salvaje VvGAI1. 

Homocigoto VvGAI1 / VvGAI1, que corresponde a una vid sin ninguna mutación en el lugar. El fenotipo asociado a este estado genético es no enano, similar a las variedades clásicas de macrovine.

Heterocigoto VvGAI1 / Vvgai, que corresponde al mismo genotipo y fenotipo (enano) que la microvina ML1 original.

Homocigota Vvgai1 / Vvgai1, que corresponde a plantas portadoras de ambos alelos en una versión mutada. El fenotipo asociado a este estado, llamado picovina, corresponde a un enanismo extremo, con plantas que presentan órganos de brotes muy miniaturizados.

Conclusiones

Los estudios resumidos aquí han demostrado que a un nivel de fitomero dado, el desarrollo de los órganos vegetativos y reproductivos de la microvina exhibe una cinética comparable a la de las vides no enanas cultivadas al aire libre. Dadas sus propiedades biológicas originales (tamaño pequeño, fructificación continua, posibilidad de inferir observaciones temporales a partir de datos espaciales), este modelo se puede utilizar en estudios fundamentales sobre la respuesta de la vid a las limitaciones abióticas o sobre la fisiología de la fruta en entornos bien controlados. Así, la microvina ya ha sido utilizada como modelo en varios experimentos científicos sobre el efecto de la temperatura sobre el desarrollo vegetativo y reproductivo, sobre los cambios en la expresión génica en la uva y su plasticidad a altas temperaturas. Este modelo también ha demostrado su potencial para acelerar los enfoques genéticos convencionales e inversos, incluyendo la identificación de determinantes genéticos de rasgos de desarrollo estables bajo condiciones térmicas fluctuantes o loci principales que controlan la composición de las uvas. Se están realizando estudios para utilizar este modelo para estudiar el impacto de los factores físicos (sequía, CO2 concentración, temperatura, etc.) sobre el desarrollo de la vid y la calidad de la uva, pero también para desarrollar herramientas (marcadores de QTL, líneas de premejoramiento piramidando varios rasgos agronómicos de interés) para la selección de nuevas variedades que presenten propiedades originales. , es decir, rasgos de adaptación a los cambios climáticos.