Variación natural del metaboloma de pinus pinaster en respuesta a estrés térmico e hídricoModelado de datos ómicos

Resumo

La temperatura de la superficie en la región mediterránea ha aumentado en 1,5 °C desde el periodo preindustrial, lo que ha provocado un aumento de los fenómenos extremos olas de calor y sequías más frecuentes e intensas. Dicha intensificación podría conducir a la alteración de la composición de especies arbóreas, la estructura y la biogeografía de los bosques en muchas regiones. Para adaptarse y soportar la sequía y las temperaturas elevadas, los árboles han desarrollado una serie de tácticas que abarcan modificaciones bioquímicas y fisiológicas. Los recientes avances en -ómicas han ampliado el conocimiento de elementos moleculares únicos y sus interacciones dentro de las vías de estrés abiótico en árboles. Además, es necesario ser conscientes de la complejidad subyacente a esta cuestión, ya que las respuestas moleculares, bioquímicas y fisiológicas a un estímulo estresante concreto pueden diferir de las activadas por la composición ligeramente distinta de estos estresores ambientales. En consecuencia, para reducir la brecha existente, es imperativo cambiar nuestro enfoque hacia las facetas fisiológicas, moleculares y metabólicas de la respuesta combinada al estrés. Los gestores forestales están explorando en los últimos años la opción de utilizar una estrategia de migración asistida para fomentar el crecimiento de bosques que puedan soportar los impactos del cambio climático. Esta estrategia implica la reubicación de especies o genotipos específicos desde sus hábitats actuales a regiones que, según las previsiones, ofrecerán un clima favorable en el futuro. Un candidato viable para la estrategia de migración asistida sería el pino marítimo (Pinus pinaster). El pino marítimo es una especie que muestra una amplia resistencia a las heladas y adaptación a la sequía estival. Además, se han descrito señales claras de adaptación local, basadas en la existencia de correlaciones clima-rasgo significativas en P. pinaster. Aprovechar las metodologías de alto rendimiento disponibles, como las diferentes ómicas (metabolómica, proteómica y transcriptómica), y combinarlas en la dirección de la biología de sistemas, sería un enfoque ideal para conocer mejor los diferentes mecanismos de respuesta de los árboles y su variación natural. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis fue determinar los principales mecanismos de aclimatación al calor y la sequía en P. pinaster y su variación natural empleando un enfoque integrado de biología de sistemas. Para ello, aplicamos diferentes intensidades de estrés, orden de exposición al estrés y procedencias para imitar un probable escenario futuro con el fin de proporcionar un conjunto de biomarcadores fiables y útiles para la selección de árboles resistentes a condiciones climáticas adversas. Pero primero, necesitamos determinar marcadores fisiológicos y metabólicos que capturen el estado fisiológico útil para monitorizar el desarrollo y las respuestas al estrés. Para ello, durante el desarrollo de esta tesis se desarrolló el "Rainbow protocol". Posteriormente, el uso de este protocolo junto con la metabolómica no dirigida describió la respuesta diferencial a la intensidad gradual del estrés combinado. Este trabajo demostró que la exposición a bajo estrés representó un modo de condicionamiento de aclimatación con cambios en el metaboloma que ayudan a las plántulas a hacer frente a un posible estrés venidero y que la respuesta a esos estreses combinados fue sinérgica y gradual. Este proceso se caracterizó por una disminución de carbohidratos no estructurales y un incremento en la acumulación de flavonoides, aminoácidos aromáticos y terpenoides. Además, si se producía inicialmente sequía o alta temperatura, el perfil molecular a nivel proteómico y metabolómico parecía ser diferente. Destacando la acumulación de HSPs cuando se producía el estrés térmico y enzimas asociadas al estrés oxidativo bajo sequía (L-ASCORBATO PEROXIDASA 2). Por último, se observó que la remodelación molecular que experimenta P. pinaster se ajustaba específicamente a su adaptación histórica, mostrando que las procedencias estudiadas presentaron una respuesta de aclimatación discriminante. Las procedencias más tolerantes presentaron un mayor contenido inicial de carbohidratos y un metabolismo de carbohidratos más activo durante la aclimatación al estrés. Además, la producción de terpenoides y flavonoides o las proteínas de su síntesis fue diferencial, disminuyendo en los tiempos finales. Los resultados de esta tesis muestran la eficacia de la metodología para encontrar nuevos biomarcadores que puedan utilizarse para la selección de árboles resistentes a olas de calor y sequías.