Caracterización morfológica de la arquitectura radicular en plántulas de tomate y su regulación hormonal

Abstract

The root system is a key structure for the correct growth and development of plants, as it contributes to water and nutrient absorption. The roots display great plasticity in their development, which is influenced by the environmental conditions of the substrate. Many plants also have the ability to develop adventitious roots from non-root tissues. The cultivated tomato, Solanum lycopersicum, with a production that exceeds 180 million tons in 2019, is one of the most important horticultural species worldwide. It has a fleshy fruit, compound leaves and the ability to regenerate the root system thanks to the formation of adventitious roots in the stem, hence it is not surprising that it has become a model species for studying Solanaceae biology. Due to its small size and short life cycle, the Micro-Tom dwarf cultivar is one of the most widely used in laboratory studies. In this doctoral thesis, a standardized protocol for the characterization of the early root system has been established and it has been applied to the study of a collection of 19 wild species, commercial cultivars and tomato mutants. We have analyzed a collection of 395 M3 lines of tomato mutants

obtained by mutagenesis with ethyl methanesulfonate in the cultivar Micro- Tom and we identified 659 individuals (belonging to 203 M3 lines) whose

early seedling and root phenotypes differed from those of their reference background. Using a combination of physiological and genetic approaches, we provided additional evidence about the relevance of auxin transport in regulating wound-induced adventitious root formation in young Micro-Tom explants. The regulation of basipetal auxin transport through the hypocotyl and the activation of local auxin biosynthesis in the region near the wound create an endogenous auxin gradient in the vascular region that promotes cell proliferation in the cambium and the initiation of the new root primordia. Our results provide a conceptual framework to initiate the genetic dissection of de novo organ formation in tomato.

El sistema radicular es una estructura fundamental para el correcto crecimiento y desarrollo de las plantas, ya que contribuye a la absorción de agua y nutrientes. Las raíces muestran una gran plasticidad en su desarrollo, en función del entorno que las rodea. Muchas plantas presentan, además, la capacidad de desarrollar raíces adventicias, a partir de tejidos no radiculares. El tomate cultivado, Solanum lycopersicum, con una producción que superó los 180 millones de toneladas en 2019, es una de las especies hortícolas más importante a nivel mundial. Si a esto le sumamos que presenta un fruto carnoso, hojas compuestas y la capacidad de regenerar el sistema radicular gracias a la formación de raíces adventicias en el tallo, no es de extrañar que se haya convertido en modelo de estudio de la biología de las Solanáceas. Debido a su pequeño tamaño y su ciclo de vida corto, la variedad ornamental Micro-Tom es una de las más utilizadas en estudios de laboratorio. En esta Tesis doctoral se ha establecido un protocolo estandarizado para la caracterización del sistema radicular temprano y se ha aplicado para el estudio de una colección de 19 especies silvestres, cultivares comerciales y mutantes de tomate. Hemos analizado una colección de 395 líneas M3 de mutantes de tomate obtenidas mediante mutagénesis con metanosulfonato de etilo en el cultivar Micro-Tom e identificamos 659 individuos (pertenecientes a 203 líneas M3) cuyos fenotipos tempranos de plántulas y raíces diferían de los de su parental de referencia. Utilizando una combinación de enfoques fisiológicos y genéticos, hemos proporcionado evidencias adicionales acerca de la relevancia del transporte de las auxinas en la regulación de la formación de las raíces adventicias inducidas por herida en explantos jóvenes de Micro-Tom. La regulación del transporte basípeto de auxinas a través del hipocótilo y la activación de la síntesis local de auxinas en la región próxima al corte generan un gradiente endógeno de auxinas en la región vascular que promueve la proliferación celular en el cambium y la iniciación de los nuevos primordios radiculares. Nuestros resultados proporcionan un marco conceptual para iniciar la disección genética de la formación de órganos de novo en tomate.