Identificación de adaptación en Pinus pinceana

Abstract

The aim of this study was to identify the expressed genes on Pinus pinceana, a Mexican endemic conifer and link the genetic variation found in two distinct geographical regions with morphological and climatic variables across its distribution. We made the description, processing and analysis of the transcriptome making use of bioinformatics tools like assemblages de novo and mapping references to characterize genes and make a gene expression analysis. We identified 35,916 genes in different tissues obtained from different plant tissues through several growth stages which allowed us to obtained a estimate genotype responses to processes especific metabolic proceses like the response to pathogens. Pinus pinceana has a restricted distribution due to the soil and the prevailing climatic conditions, which create a gradient increasing aridity gradient in the northern distribution. We found variations in the leaf morphology, in the wax cover and the organization of stomata along the environmental gradient. Leaves (needles) from the southern distribution showed a more abundant wax coating, while leaves from the northern distribution lack stomata in the abaxial face. We detected differences at the expression level 421 transcripts, which highlight changes in protein response to climatic factors, dehydrins and heat-shock proteins. At the structural level, with the detection of SNPs we found changes in genes associated with photorespiration rate and with the start of the germination process. Differences found in morphological and in the genetic characteristics according to the climatic variation along the distribution can be used as potential markers for future studies of association and / or expression assays.

Este trabajo comprende la descripción, procesamiento y análisis del transcriptoma de Pinus pinceana, una conífera endémica de México. Es un esfuerzo para identificar los genes que se expresan y vincular la variación genética de dos distintas regiones geográficas con caracteres morfológicos y cambios climáticos que concurren en la distribución de la especie, involucra el uso de herramientas bioinformáticas como el ensamble de novo y los mapeos de referencia, así como, la caracterización de genes y el análisis de expresión genética. Se detectó la expresión de 35,916 genes de distintos tejidos y estadios de crecimiento que conforman una estimación global y general de las respuestas del genotipo ante procesos de crecimiento y respuesta a patógenos. La distribución de P. pinceana es restringida, las características climáticas generan un gradiente ambiental que aumenta las condiciones áridas en la proporción Norte, la precipitación y la aridez son los factores que divergen de manera más importante entre las dos regiones. Existen variaciones en la morfología foliar en las cubiertas cerosas y en la organización de los estomas en las caras de la hoja a lo largo del gradiente ambiental. Siendo la cubierta cerosa más abundante en las acículas de la región Sur, mientras en la región Norte en la cara abaxial carece frecuentemente de estomas. Se analizaron las diferencias genéticas entre las dos zonas, a nivel de expresión donde se pudieron establecer diferencias en la expresión de 421 transcritos donde destacan cambios en proteínas de respuesta a factores climáticos, dehidrinas y proteínas de choque térmico. Y a nivel estructural, con la detección de polimorfismos en donde se encontraron cambios en genes asociados a la tasa de fotorespiración y al inicio del proceso de germinación.