Para realizar el estudio de la diversidad alélica de la S-RNasa se diseñaron dos primers
degenerados basados en las regiones conservadas C1 y C2 (primers foward) y dos primers
degenerados basados en las regiones conservadas C4 y C5 (primers reverse) a partir de un apilamiento de aminoácidos de diferentes S-RNasas de distintas especies de Solanáceas. Los ensayos de RT-PCR utilizando distintas combinaciones de los primers mencionados amplificaron un único fragmento del tamaño esperado (Fig. 8). Los ensayos de PCR a partir de ADN genómico como templado amplificaron fragmentos aproximadamente 100 pb más grandes que los fragmentos de RT-PCR, sugiriendo la amplificación de genes de S-RNasas, los cuales poseen un único intrón de este tamaño (Fig. 8A y 8B). Estos resultados sugieren que los primers diseñados fueron capaces de reconocer y amplificar fragmentos de S-RNasa.
Figura 8. Amplificaciones de secuencias de S-RNasas mediante PCR. (A) La amplificación se llevó a cabo a partir de ADNc de estilo y ADN genómico, mediante RT-PCR y PCR genómica respectivamente. Los primers degenerados C1f-C5r o C1af-C5r (Tabla 6) fueron usados para amplificar los fragmentos C1-C5. El tamaño esperado para el ADNc fue de aproximadamente 500 pb (Ioerger et al., 1991). El fragmento de ADN fue de aproximadamente 600 pb, consistente con la presencia de un intrón con un tamaño promedio de 100 pb en las S-RNasas de Solanáceas. (B) Usando el ADNc C1-C5 mostrado en A como templado, los fragmentos de PCR fueron amplificados con diferentes combinaciones de primers
degenerados C1f, C2f, C4r y C5r (Tabla 1). El tamaño promedio esperado por fragmento fue 350 pb (C1-C4), 280 pb (C2- C4) y 420 PB (C2-C5). M, marcador molecular estándar.
Utilizando la combinación de primers C1-C5, los fragmentos de ADNc amplificados de los estilos de 12 individuos de la población natural de N. alata (Tabla 6 en Materiales y métodos, Fig. 8A) fueron clonados, clasificados mediante ensayos de digestión con enzimas de restricción y finalmente secuenciados. Para facilitar la lectura, llamaremos a estas secuencias candidatas a ser S-RNasas simplemente como "S-RNasas", aún cuando su
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condición de tales solo puede ser confirmada de manera concluyente mediante ensayos de funcionalidad que se detallarán más adelante.
Tres de estas secuencias obtenidas fueron más de 99% idénticas a los alelos SC10, S2, y S6-RNasa, que fueron previamente caracterizados como alelos funcionales del sistema de AI
(Anderson et al., 1989; Murfett et al., 1996). Una cuarta secuencia designada aquí S63, fue casi idéntica a una ribonucleasa conocida con el nombre MS1 descripta por Kuroda et al., (1994). Adicionalmente, seis nuevas secuencias de S-RNasas fueron denominadas S5, S27, S70, S75, S107 y S210-RNasa. En algunos individuos se identificó sólo una secuencia de las dos
esperadas para el locus S. En otras plantas, tres o incluso cuatro secuencias fueron identificadas (Tabla 1).
Tabla 1. S-RNasas identificadas en los estilos de la población NaM.
a
Los fragmentos C1-C5 fueron amplificados usando los pares de primers C1f-C5r (Individuos NaM 1-8) y C1af-C5r (individuos NaM 9-12) (ver Tabla 6 en Materiales y métodos). Los fragmentos amplificados de cada planta fueron clonados, secuenciados y comparados por BLASTn.
b
SC10-, S2-, y S6-RNasas fueron previamente caracterizados como alelos S funcionales en N. alata.
Como se espera que todos los individuos analizados sean heterocigotas para el locus S, la identificación de una sola secuencia en algunas plantas indicó que los primers conservados utilizados poseían una afinidad diferencial para cada una de las secuencias esperadas de las ribonucleasas.
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Con las secuencias obtenidas se realizó un alineamiento de los fragmentos C1-C5 amplificados, empleando al alelo funcional SC10-RNasa como referencia (Fig. 9). En
Solanáceas, el fragmento C1-C5 (sin incluir la región de los primers C1f, C1af y C5r) representa aproximadamente el 70% del tamaño completo de las S-RNasas (Ioerger et al., 1991). Todas las secuencias exhibieron la estructura primaria típica de una S-RNasa, mostrando los dominios conservados C2, C3, C4 y las regiones hipervariables HVa y HVb, situadas entre los dominios C2 y C3. También exhibieron otros rasgos típicos de las S- RNasas, tales como el sitio de glicosilación en el dominio C2, las cinco cisteínas conservadas incluidas entre los dominios C1 y C5, y los residuos de histidina, incluidos en los dominios C2 y C3, indispensables para la actividad catalítica de las ribonucleasas tipo T2 (MacIntosh, 2011). La identidad de aminoácidos entre las secuencias de las S-RNasas varió de un 40% a un 58%, con excepción de dos pares de secuencias que mostraron la identidad más alta de aminoácidos. El par S70/S63 tenía una identidad del 81% y el par S5/S75 tenía una identidad del
83%. En general, el grado de diversidad en las secuencias de S-RNasas de la población NaM fue similar a los valores previamente descriptos por otros autores para distintas poblaciones de S-RNasas, la cual osciló entre 38-92% de identidad (Tsai et al., 1992; Matton et al., 1997; Kao & Tsukamoto, 2004).
Figura 9. Alineamiento de secuencias de aminoácidos de las S-RNasas identificadas en la población natural NaM. Los fragmentos alineados fueron amplificados con el par de primers C1f-C5r o C1af-C5r detallados en la Tabla 6. Se utilizó la secuencia de SC10-RNasa como referencia. Los aminoácidos fueron marcados en distintos tonos de grises de acuerdo al
porcentaje de similitud. Los tres dominios conservados (C2, C3 y C4) y las dos regiones hipervariables (HVa y HVb) de las S-RNasas de Solanáceas están indicadas con líneas sólidas. Otras características de las S-RNasas son las cisteínas conservadas (estrellas), los residuos de histidina que participan en la actividad catalítica (puntos negros) y el sitio de glicosilación (triángulo).
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Un alineamiento particular fue realizado entre los pares S70/S63 y S5/S75 (Fig. 10).
Mientras que el par S70/S63 tuvo la mayor variabilidad de aminoácidos en las regiones HVa y
HVb, el par S5/S75 mostró una distribución uniforme de la variabilidad de aminoácidos en toda
la secuencia comprendida entre los dominios C1-C5, aunque con una pequeña concentración en la región HVa (Fig. 10). La Tabla 2 muestra el porcentaje de identidad de aminoácidos de las siete S-RNasas obtenidas.
Figura 10. Alineamiento de aminoácidos de los pares de S-RNasas S70/S63 y S75/S5. Los aminoácidos idénticos son mostrados en gris. Tres dominios conservados (C2, C3 y C4) y dos regiones hipervariables (HVa y HVb) de las S-RNasas de Solanáceas están indicadas por líneas sólidas.
Tabla 2.Porcentaje de identidad entre las distintas S-RNasas.
Aunque las secuencias mostraron características similares a las S-RNasas a nivel estructural, la identificación de más de una secuencia en algunas plantas sugirió que algunas de estas ribonucleasas podrían no ser funcionales para el sistema de AI. Para determinar de manera preliminar si las nuevas S-RNasas eran funcionales, se realizaron ensayos de expresión mediante RT-PCR de diferentes plantas de la población NaM. También se evaluó la
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expresión relativa de todas las S-RNasas en diferentes tejidos y períodos de la maduración del estilo. Por último, para establecer la funcionalidad de manera concluyente, se llevaron a cabo cruzamientos semicompatibles controlados para asociar la segregación de los nuevos alelos junto con el fenotipo de AI. En todos estos experimentos, las S-RNasas fueron evaluadas en paralelo con la SC10-RNasa, un alelo S caracterizado previamente, con un fenotipo robusto de
rechazo del polen incompatible (Murfett et al., 1994).