A Belief Transition Function Using Monte Carlo Methods

Las S-RNasas fueron identificadas hace unos 25 años como glicoproteínas abundantes del pistilo de Nicotiana alata. Anderson et al., (1986) clonaron el primer ADNc del locus S

del pistilo que cosegregaba con el genotipo S. La proteína codificada por este ADNc fue nombrada S-RNasa por sus dominios semejantes a la ribonucleasa T2 de Aspergillus y por su actividad ribonucleasa (McClure et al., 1989). Las S-RNasas contienen una señal de secreción que las deposita en altas concentraciones en la matriz extracelular del tejido de transmisión del pistilo, son expresadas exclusivamente en el estilo y su producción aumenta a medida que progresan los períodos de maduración de la flor. A nivel molecular, las S-RNasas se han caracterizado en los géneros Nicotiana, Petunia y Solanum (Solanáceas), Antirrhinum

(Plantagináceas), Prunus y Pyrus (Rosáceas) (Cruz-Garcia et al., 2003; Iwano & Takayama, 2012). El análisis de las secuencias de los alelos de S-RNasas mostró que estos poseen cinco regiones conservadas (C1 - C5) y dos regiones altamente divergentes denominadas regiones hipervariables (HVa y HVb) (Ioerger et al., 1991). Enfoques similares fueron utilizados para identificar las cinco regiones conservadas (C1, C2, C3, RC4 y C5) y la única región hipervariable (RHV) en las S-RNasas de Rosáceas (Ishimizu et al., 1998; Ma & Oliveira, 2002). El análisis de su estructura proteica estableció que las regiones HV de las S-RNasas residen en la superficie, donde podrían interactuar con su contraparte del polen (Ida et al., 2001). Aunque existen diferencias estructurales entre las S-RNasas de Pyrus con respecto a la de las otras familias, las evidencias sugieren que los genes derivan de un ancestro común. De hecho, la AI basada en S-RNasas pudo haber surgido muy tempranamente de un ancestro común al 75% de las dicotiledóneas (Igic & Kohn, 2001).

Experimentos de transgénesis mostraron que el factor S-RNasa es el único agente determinante de la especificidad S en el pistilo. La transformación en plantas híbridas del género Nicotiana con el gen SA2-RNasa produjo una “ganancia de función” que causó el

rechazo del polen de haplotipo SA2 (Murfett et al., 1994). Resultados similares han sido

obtenidos en especies de Petunia inflata (Lee et al., 1994) y Solanum chacoense (Matton et al., 1997). Las regiones hipervariables tienen un rol importante en el reconocimiento. En

Solanum chacoense, S13-RNasa difiere de S11-RNasa sólo en 10 aminoácidos, cuatro de los

cuales están localizados en la región hipervariable. Las plantas de Solanum S12S14

transformadas con el alelo quimérico S11 (que tenía sustituido sus cuatro aminoácidos de la

región hipervariable por los de S13) adquirieron la capacidad de rechazar al polen S13. Este

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especificidad de los alelos y también definen a los distintos haplotipos. Sin embargo, experimentos de intercambio de dominios de S-RNasa demostraron que las regiones HV no siempre son suficientes para el rechazo, sugiriendo que otras regiones de la S-RNasa estarían involucradas en el reconocimiento (Zurek et al., 1997; Ishimizu et al., 1998). Además del reconocimiento, la S-RNasa también participa en el mecanismo de rechazo degradando el ARN del tubo polínico incompatible (McClure et al., 1990; Huang et al., 1994). Estos resultados constituyen la base del modelo citotóxico de AI en Solanáceas, Rosáceas y Plantagináceas. En este modelo, la S-RNasa tiene una función dual actuando como proteína de reconocimiento y como inhibidor del crecimiento del polen incompatible.

El factor de especificidad del polen, la proteína SLF (S-Locus F-Box), ha sido identificada en la especie Petunia inflata mediante el secuenciamiento de una extensa región de ADN genómico del locus S (Zhou et al., 2003). Muchos trabajos han reportado que las mutaciones que afectan al polen producen un fenotipo autocompatible (AC; del inglés SC,

Self-compatible) a través del efecto del polen heteroalélico (HAP, Heteroallelic pollen). En este fenómeno, llamado interacción competitiva, el polen diploide heteroalélico puede fecundar plantas del mismo genotipo S. Por ejemplo, en plantas tetraploides, los pistilos

S1S1S2S2 rechazan al polen normal S1 o S2 o al polen homoalélico S1S1 o S2S2 pero aceptan al

polen heteroalélico S1S2 (de Nettancourt, 1977). Experimentos de interacción competitiva en

plantas de Petunia de genotipo S1S1, S1S2 y S2S3 transformadas con el alelo PiSLF2

demostraron que esta proteína es el factor determinante del polen en la AI. El factor SLF se expresa específicamente en polen y su expresión aumenta con la maduración de la antera (Sijacic et al., 2004).

SLF posee un dominio de tipo F-box, característico de proteínas que forman complejos involucrados en la señalización con ubiquitina. Las proteínas ubiquitinadas son reconocidas y degradadas en la célula por el proteosoma 26S (Hua & Kao, 2006). Como se menciona más adelante, es posible que el dominio F-box de SLF juegue un rol clave durante el rechazo del polen incompatible. El gen SLF también ha sido estudiado en otras especies como Antirrhinum hispanicum (Qiao et al., 2004) y varias especies del género Prunus

(Takayama & Isogai, 2005).

La S-RNasa secretada a la matriz extracelular del tejido de transmisión es posteriormente internalizada dentro del tubo polínico en su trayecto hacia el ovario (Luu et al., 2000; Goldraij et al., 2006), de esta forma la interacción polen-pistilo sucede en el interior del tubo polínico, aunque su localización subcelular aún es desconocida.

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1.4.2.1. Sistema de AIG en Rosáceas.

En la última década se han realizado también grandes avances en el mecanismo de AI de la familia Rosáceas, tanto a nivel celular como molecular. A partir de un sistema de cultivo de polen in vitro, se ha comenzado a descifrar la cascada de señales que ocurre durante el rechazo del polen incompatible. En este sistema, la S-RNasa purificada de estilos de Pyrus

inhibió la germinación del polen y el crecimiento del tubo polínico del mismo haplotipo (Zhang & Hiratsuka, 1999). El sistema in vitro permitió demostrar que durante el rechazo del polen, la S-RNasa exógena altera la localización de las especies reactivas de oxígeno (ROS,

reactive oxygen species) del ápice del tubo polínico (Wang et al., 2010) y el gradiente de Ca2+ (Qu et al., 2007). Estas alteraciones provocadas por las S-RNasas, desencadenaron la depolimerización de la F-actina de los tubos polínicos incompatibles (Liu et al., 2007) que en última instancia, fue suficiente para desencadenar procesos de MCP, como la liberación de citocromo C en el citoplasma y la degradación del ADN nuclear, detectado mediante ensayos de TUNEL (Wang et al., 2009). Todos estos cambios sucedieron antes del arresto del tubo polínico, sugiriendo que estos procesos son la causa y no la consecuencia del rechazo del polen incompatible de Pyrus (Wang & Zhang, 2011). Estos resultados son idénticos a los eventos descriptos en el sistema de Papaveráceas, sugiriendo que los distintos sistemas de AI podrían compartir algunos mecanismos que producen el rechazo del polen incompatible.