Identificación y análisis de expresión de los genes CCSD1, CSD1, CSD2 y ACC oxidasa en guayaba (Psidium guajava L.) y su relación con la maduración del fruto

Abstract

Resumen La guayaba es un fruto de gran importancia económica y social a nivel nacional y estatal, dadas sus propiedades organolépticas y nutricionales. Debido a que el fruto tiene una sobre maduración en postcosecha genera grandes pérdidas económicas para sus productores. Se han realizado diferentes estudios bioquímicos y moleculares sobre la maduración en guayaba, entre estos destacan los transcriptómicos y los miRNAS. En estudios previos en el equipo de nuestro laboratorio sobre miRNAs en guayaba, se identificó el miRNA398 que regula negativamente la expresión de las Cu/Zn superóxido dismutasas citosólica y cloroplástica (CSD1 y CSD2) y su chaperona (CCSD1), encargadas de eliminar el O2-. Por lo que el objetivo de este trabajo fue analizar la relación entre la maduración y la actividad del miRNA398 y sus genes objetivo y su análisis de expresión por estrés por cobre. Se realizó un estrés por cobre en hojas y frutos de guayaba en tres estadios de maduración: verde, rayado y maduro; el fruto unido al pedúnculo se puso en una solución de sulfato de cobre 50 mM. La cantidad de cobre en las muestras de hoja y fruto verde, rayado y maduro a las 12 h fue de 2.27, 1.38, 1.35 y 0.41 mg Cu/L respectivamente. El estrés oxidativo se confirmó por el decaimiento en la producción de clorofila, aumento de antocianinas en hoja y disminución en la actividad de la catalasa, proporcional a la exposición a Cu. La expresión relativa de los genes de la CCSD1 fue constante desde las 8 h para todos los tejidos, para CSD1 aumentó a las 8 y 12 h en hoja y fruto rayado, respectiva y finalmente para la CSD2 aumentó a las 8 h en todos los tejidos, indicando que posiblemente el estrés por cobre fue atenuado principalmente por la CSD2. Por otra parte, el decaimiento en la expresión de la ACC oxidasa correspondiente al nivel de Cu demostraría que dicho estrés indujo el silenciamiento del miRNA398, la activación de sus genes objetivo y la disminución de la expresión de la ACC oxidasa. El análisis bioinformático de los genes y sus proteínas en estudio encontrados en el genoma de la guayaba mostró que contienen todas características de la familia de estas proteínas. Palabras clave: guayaba, cobre, estrés oxidativo, microRNA398, maduración.

Abstract Guava is a fruit of great economic and social importance at national and state level, given its organoleptic and nutritional properties. Because the fruit overripens in post-harvest, it generates great economic losses for its producers. Different biochemical and molecular studies have been carried out on guava ripening, including transcriptomic and miRNA studies. In previous studies in our laboratory team on miRNAs in guava, miRNA398 was identified that negatively regulates the expression of cytosolic and chloroplastic Cu/Zn superoxide dismutases (CSD1 and CSD2) and their chaperone (CCSD1), responsible for eliminating O2-. Therefore, the aim of this work was to analyze the relationship between maturation and activity of miRNA398 and its target genes and their expression analysis by copper stress. Copper stress was performed on guava leaves and fruits at three ripening stages: green, breaker and ripe; the fruit attached to the peduncle was placed in a 50 mM copper sulfate solution. The amount of copper in the green, breaker and ripe leaf and fruit samples at 12 h was 2.27, 1.38, 1.35 and 0.41 mg Cu/L respectively. Oxidative stress was confirmed by the decay in chlorophyll production, increase in leaf anthocyanins and decrease in catalase activity, proportional to Cu exposure. The relative expression of CCSD1 genes was constant from 8 h for all tissues, for CSD1 it increased at 8 and 12 h in leaf and breaker fruit, respectively, and finally for CSD2 it increased at 8 h in all tissues, indicating that possibly copper stress was attenuated mainly by CSD2. On the other hand, the decay in ACC oxidase expression corresponding to the Cu level would demonstrate that such stress induced silencing of miRNA398, activation of its target genes and decreased ACC oxidase expression. Bioinformatic analysis of the genes and their proteins under study found in the guava genome showed that they all contain characteristics of the family of these proteins. Key words: guava, copper, oxidative stress, microRNA398, ripening.