La presente tesi è mirata allo studio di due importanti barriere riproduttive in piante di interesse agro-alimentare: auto-incompatibilità in olivo e maschio-sterilità in radicchio. L’olivo (Olea europaea L.) è una della più antiche specie coltivate e, nonostante il suo grande impatto economico e culturale, pochi studi sono stati fatti fino ad ora riguardo le barriere riproduttive che incidono sulla produzione finale. Lo scopo della tesi è quello di chiarire il tipo di auto-incompatibilità in olivo fornendo evidenze cito-istologiche e molecolari. L’auto-incompatibilità è il sistema più comune adottato dalle angiosperme per evitare fenomeni di inbreeding, mantenendo in questo modo la diversità all’interno della specie. Attualmente l’olivo è classificato come specie auto-incompatibile di tipo gametofitico (GSI), ma tale classificazione è solo basata su evidenze botaniche come stigma umido e polline bi-nucleato. Approfondite analisi citologiche eseguite su oltre 34.000 granuli pollinici presenti su pistilli di cultivar auto-incompatibili e auto-compatibili non hanno prodotto risultati in accordo con la prevista GSI. Inoltre, il tentativo di isolare geni coinvolti nella GSI non ha prodotto alcun risultato. Le nostre osservazioni citologiche concordano invece con un’incompatibilità di tipo sporofitico (SSI). Esperimenti mirati ad individuare geni coinvolti nella SSI hanno permesso di isolare due geni riconducibili al determinante femminile, OeSRK (S-locus Receptor Kinase), due ad un enhancer della reazione d’incompatibilità, OeSLG (S-locus Glycoprotein) e uno al determinante maschile, OeSCR-like (S-locus Cysteine rich protein). Le analisi di espressione condotte mediante qRT-PCR, usando diverse combinazioni di primer, hanno permesso di evidenziare opposti modelli di espressione per i geni OeSRK e OeSLG fra le cultivar Leccino, classificata come auto-incompatibile, e Frantoio, ritenuta invece auto-compatibile. Inoltre, i full-length di OeSRK hanno mostrato avere una espressione pistillo-specifica, mentre quelli per OeSCR-like una espressione antera-specifica. Ibridazioni in situ hanno permesso di localizzare i trascritti di OeSRK e OeSLG nella superficie delle cellule papillari. Quindi, sulla base delle nostre evidenze, è possibile ipotizzare che l’olivo sia caratterizzato da un nuovo tipo di auto-incompatibilità diverso da quello attualmente riportato in letteratura. Il lavoro svolto sulla maschio-sterilità in radicchio (Cichorium intybus L.) è mirato alla identificazione e alla caratterizzazione di mutanti maschio-sterili. Quattro distinti mutanti, che al meglio delle nostre conoscenze rappresentano i primi mutanti maschio-sterili spontanei scoperti fino ad ora nel genere Cichorium, sono stati dettagliatamente caratterizzati sia per quanto riguarda la microsporogenesi e gametogenesi dal punto di vista citogenetico, sia per quanto riguarda il controllo genetico del carattere. È stato inoltre identificato un marcatore molecolare che può essere impiegato ai fini della selezione assistita dei mutanti maschio-sterili. Nel loro complesso, i dati raccolti in questo lavoro concordano con il controllo della maschio-sterilità da parte di un singolo gene nucleare che agisce in condizioni di omozigosi recessiva. Approfondite analisi citologiche hanno permesso di visualizzare che la gametogenesi maschile è arrestata allo stadio di microspora uni-nucleata. Nel dettaglio, le microspore degenerano prima del rilascio dalle tetradi e, in seguito, mostrano un collasso dell’esina. Nei mutanti è stato dimostrato che la totalità delle microspore sono raggrinzite e molto più piccole se comparate con quelle normali. È stato inoltre isolato un marcatore SSR strettamente associato con il gene responsabile della maschio-sterilità e la sequenza è stata depositata nel database NCBI (accession no. JF748831). Nel corso del 2011 sono state prodotte quattro nuove varietà ibride di radicchio “Rosso di Chioggia” che differiscono per la loro precocità, spaziando dagli 80 ai 110 giorni. Nel loro complesso, i risultati ottenuti dimostrano come mutanti maschio-sterili possano essere impiegati con profitto nella produzione in larga scala di ibridi F1 anche in quelle specie nelle quali, fino ad ora, non era ritenuta possibile la costituzione di varietà ibride. Pertanto, la scoperta di maschio-sterilità genetica spontanea, non transgenica, in radicchio apre nuove frontiere per la produzione di ibridi F1 in questa coltura ed in altre tipologie coltivate della stessa specie.

Reproductive barriers in crop plants: understanding the genetic and molecular bases of self-incompatibility in olive and male-sterility in chicory

COLLANI, SILVIO
2012

Abstract

La presente tesi è mirata allo studio di due importanti barriere riproduttive in piante di interesse agro-alimentare: auto-incompatibilità in olivo e maschio-sterilità in radicchio. L’olivo (Olea europaea L.) è una della più antiche specie coltivate e, nonostante il suo grande impatto economico e culturale, pochi studi sono stati fatti fino ad ora riguardo le barriere riproduttive che incidono sulla produzione finale. Lo scopo della tesi è quello di chiarire il tipo di auto-incompatibilità in olivo fornendo evidenze cito-istologiche e molecolari. L’auto-incompatibilità è il sistema più comune adottato dalle angiosperme per evitare fenomeni di inbreeding, mantenendo in questo modo la diversità all’interno della specie. Attualmente l’olivo è classificato come specie auto-incompatibile di tipo gametofitico (GSI), ma tale classificazione è solo basata su evidenze botaniche come stigma umido e polline bi-nucleato. Approfondite analisi citologiche eseguite su oltre 34.000 granuli pollinici presenti su pistilli di cultivar auto-incompatibili e auto-compatibili non hanno prodotto risultati in accordo con la prevista GSI. Inoltre, il tentativo di isolare geni coinvolti nella GSI non ha prodotto alcun risultato. Le nostre osservazioni citologiche concordano invece con un’incompatibilità di tipo sporofitico (SSI). Esperimenti mirati ad individuare geni coinvolti nella SSI hanno permesso di isolare due geni riconducibili al determinante femminile, OeSRK (S-locus Receptor Kinase), due ad un enhancer della reazione d’incompatibilità, OeSLG (S-locus Glycoprotein) e uno al determinante maschile, OeSCR-like (S-locus Cysteine rich protein). Le analisi di espressione condotte mediante qRT-PCR, usando diverse combinazioni di primer, hanno permesso di evidenziare opposti modelli di espressione per i geni OeSRK e OeSLG fra le cultivar Leccino, classificata come auto-incompatibile, e Frantoio, ritenuta invece auto-compatibile. Inoltre, i full-length di OeSRK hanno mostrato avere una espressione pistillo-specifica, mentre quelli per OeSCR-like una espressione antera-specifica. Ibridazioni in situ hanno permesso di localizzare i trascritti di OeSRK e OeSLG nella superficie delle cellule papillari. Quindi, sulla base delle nostre evidenze, è possibile ipotizzare che l’olivo sia caratterizzato da un nuovo tipo di auto-incompatibilità diverso da quello attualmente riportato in letteratura. Il lavoro svolto sulla maschio-sterilità in radicchio (Cichorium intybus L.) è mirato alla identificazione e alla caratterizzazione di mutanti maschio-sterili. Quattro distinti mutanti, che al meglio delle nostre conoscenze rappresentano i primi mutanti maschio-sterili spontanei scoperti fino ad ora nel genere Cichorium, sono stati dettagliatamente caratterizzati sia per quanto riguarda la microsporogenesi e gametogenesi dal punto di vista citogenetico, sia per quanto riguarda il controllo genetico del carattere. È stato inoltre identificato un marcatore molecolare che può essere impiegato ai fini della selezione assistita dei mutanti maschio-sterili. Nel loro complesso, i dati raccolti in questo lavoro concordano con il controllo della maschio-sterilità da parte di un singolo gene nucleare che agisce in condizioni di omozigosi recessiva. Approfondite analisi citologiche hanno permesso di visualizzare che la gametogenesi maschile è arrestata allo stadio di microspora uni-nucleata. Nel dettaglio, le microspore degenerano prima del rilascio dalle tetradi e, in seguito, mostrano un collasso dell’esina. Nei mutanti è stato dimostrato che la totalità delle microspore sono raggrinzite e molto più piccole se comparate con quelle normali. È stato inoltre isolato un marcatore SSR strettamente associato con il gene responsabile della maschio-sterilità e la sequenza è stata depositata nel database NCBI (accession no. JF748831). Nel corso del 2011 sono state prodotte quattro nuove varietà ibride di radicchio “Rosso di Chioggia” che differiscono per la loro precocità, spaziando dagli 80 ai 110 giorni. Nel loro complesso, i risultati ottenuti dimostrano come mutanti maschio-sterili possano essere impiegati con profitto nella produzione in larga scala di ibridi F1 anche in quelle specie nelle quali, fino ad ora, non era ritenuta possibile la costituzione di varietà ibride. Pertanto, la scoperta di maschio-sterilità genetica spontanea, non transgenica, in radicchio apre nuove frontiere per la produzione di ibridi F1 in questa coltura ed in altre tipologie coltivate della stessa specie.
27-gen-2012
Inglese
Auto-incompatibilità, maschio-sterilità, olivo (Olea europaea L.), radicchio (Cichorium intybus L.) Self-incompatibility, male-sterility, olive (Olea europaea L.), chicory (Cichorium intybus L.)
BARCACCIA, GIANNI
BATTISTI, ANDREA
Università degli studi di Padova
225
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Il codice NBN di questa tesi è URN:NBN:IT:UNIPD-92969