Estrategias defensivas en Pinus pinaster: variación genética dentro y entre poblaciones en su metaboloma defensivo constitutivo e inducido

Xosé López Goldar1,2,3

Caterina Villari2, Anna-Karin Borg-Karlson3, Pierluigi Enrico Bonello2, Luís Sampedro1, Rafael Zas1

1Misión Biológica de Galicia (MBG-CSIC) (Pontevedra, España)2The Ohio State University (Columbus, OH, EE.UU)3Royal Institute of Technology (Estocolmo, Suecia)

29 de junio de 2017. Plasencia (Extremadura)

INTRODUCCIÓNCrecimiento

Reproducción

Marcadores moleculares

Metabolitossecundarios

Variación genética en Pinus pinaster

INTRODUCCIÓN Pinus pinaster enorme variación genética neutral entre y dentro de poblaciones

Jaramillo-Correa, J.P. et al., 2015. Molecular proxies for climate maladaptation in along-lived tree (Pinus pinaster Aiton, Pinaceae). Genetics 199, 793-807.

INTRODUCCIÓN Pinus pinaster gran variación genética en metabolitos secundarios entre poblaciones

Arrabal, C. et al. 2005. Differentiation among five SpanishPinus pinaster provenances based on its oleoresin terpeniccomposition. Biochemical Systematics and Ecology 33,1007-1016.

Idrissi-Hassani, M., Lebreton, P., 1992. Les flavonöidsdu Pin Maritime: une approche chimiotaxonomique.Forêt Méditerranéene 13, 6.

Fenoles

INTRODUCCIÓN ¿Cómo se defienden las coníferas?

Defensas constitutivas

Defensas inducidas

Franceschi, V.R., Krekling, T., Christiansen, E., 2002. Application of methyl jasmonate on Picea abies (Pinaceae)stems induces defense-related responses in phloem and xylem. American Journal of Botany 89, 9.

TerpenosFenoles

Canales resiníferos traumáticos

INTRODUCCIÓN Se conoce mucho sobre la variación genética de la especie entre y dentro de poblaciones

Aparente concordancia entre marcadores moleculares y metabolitos secundarios constitutivos en la segregación regional de la especie

Metabolitos secundarios inducibles

? Se desconoce si existe variación genética entre y dentro de poblaciones en la inducibilidad de las defensas

? No existe un estudio sobre cómo se estructura la variación genética en inducibilidad de las defensas

OBJETIVOS

A) Variación genética en defensas químicas constitutivas e inducibilidad entre y dentro de poblacionesB) Estructura de la variación genética en defensas químicas entre y dentro de poblaciones

METODOLOGÍA

Colección CLONAPIN® (Majada et al. 2009) Pinos de 2 años en invernadero

POBLACIONES FAMILIAS RAMETSGENOTIPOS

10 POBS × 5 FAMS × 3 GENOTIPOS × 2 RAMETS

Dos ramets: Control e inducido con MJ

Material vegetal y tratamiento de inducción

Inducibilidad = MJ - control

METODOLOGÍA

Cosechado 2 submuestras de tallo

Terpenos (hexano/metanol)

Fenoles (metanol)

GC-MS/FID UPLC-MS/DAD

Muestreo

METODOLOGÍA118 compuestos

Monoterpenos

Sesquiterpenos

Diterpenos

Fenoles

1

Modelo mixtoVariación genética

Población (POB)Familia (F[POB])

2

MANOVA PCAPC1 PC2

3

Análisis estadísticos

63 compuestos

≥75% presentes

Constitutivas InducibilidadPoblación Familia Población Familia

Monoterpenos *** n.s n.s n.sSesquiterpenos *** n.s n.s n.sDiterpenos *** * n.s n.sFenoles *** *** n.s n.s

Gran variación genética entre y dentro

de poblaciones

No se detectó variación genética en la inducibilidad

1. Variación genética de las defensas

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Gran variación genética entre y dentro de poblaciones

Efecto del MJ a nivel multivariante

No se detecta variación genética entre y dentro de poblaciones en la inducibilidad

Hipótesis λ Wilks F P-valorMJ 0.07602 16.4 <0.0001Población (P) <0.0001 4.99 <0.0001Familia (F(P)) 0 1.74 <0.0001MJ×P 0.01098 0.91 0.8867MJ×F(P) <0.0001 0.71 1

2. Variación genética de las defensas a nivel multivariante 63 metabolitos

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

ARMY

ASPE

CDVO

COCA

MIMI

ORIA

PLEU

PTOV

SCRI

TAMR

-2

0

2

-2 0 2

Feno

les(8.61%

)(Ev=5.4226)

Terpenos (22.98%)(Ev=14.4781)

RESULTADOS Y DISCUSIÓNDefensas constitutivas Distribución latitudinal

de las poblaciones según su “quimiotipo” constitutivo

Grupos de poblaciones por “quimiotipo” constitutivo

3. PCA+-

+

-

Norte de España

Centro-Sur de España

Marruecos

ARMYASPE

CDVO

COCAMIMI

ORIA

PLEU

PTOV

SCRI

TAMR

ARMY

ASPE

CDVO

COCA

MIMI

ORIA

PLEU

PTOV

SCRI

TAMR

-2

0

2

-2 0 2

Feno

les(8.61%

)(Ev=5.4226)

Terpenos (22.98%)(Ev=14.4781)

RESULTADOS Y DISCUSIÓNDefensas constitutivasDefensas inducidas Respuesta inducida

similar y en la misma dirección en todas las poblaciones

3. PCA+-

+

-

CONCLUSIONES Enorme variación genética entre y dentro de poblaciones en metabolitos secundarios

Variación genética estructurada de forma similar a lo encontrado en trabajos previos con terpenos y fenoles

Efecto de la inducción a nivel de compuestos individuales y también en el conjunto del metaboloma

Respuesta inducida similar y en la misma dirección en todas las poblaciones

AGRADECIMIENTOSDr. Juan Majada y personal asociado del SERIDA (Asturias)José Carlos Rodríguez y Carlos Rodal (Viveros NORFOR, Figueirido, Pontevedra)César CendánLuz PatoHelena PazóSilvana PoceiroPersonal de campo de la Misión Biológica de Galicia (MBG-CSIC)Fundación Pedro Barrié de la MazaPrograma FPI del autor (MINECO, ref.: BES-2013-062663)Proyectos FENOPIN (AGL2012-40151-C03-01 MINECO/FEDER) y FUTURPIN (AGL2015-68274-C03-02-R MINECO/FEDER)

Xosé López Goldar, investigador predoctoralxlgoldar@mbg.csic.es