Using Solanum pennellii introgression sublines to understand the photosynthetic alterations associated with chromosome 2 QTL in tomato

Abstract

Some portion of the tomato's (Solanum lycopersicum) genome is involved on the regulation of photosynthesis. However, due to the complexity, the gene function and the regulation of mechanisms related to photosynthesis are still not fully understood. One of the ways to measure photosynthetic efficiency is through the CO2 assimilation rate (A). Some genomic regions of chromosome 2, termed BINs, have been associated with photosynthesis performance. These BINs were defined through studies with introgression lines (ILs). Thus, looking to investigate the phenotypes related to A and associated with the chromosome 2, one IL (IL2-5) and three subILs (IL2-5-2, IL2-5-6, and IL2-5-12) were selected. They delimit overlapping regions in the chromosome 2. These ILs also cover the BIN 2K, which has previously been associated with increases in A, starch content and increases in RuBisCO content. Thus, plants of the selected IL and subILs were exposed to an atmosphere enriched with 800 μmol CO2 mol-1 and a control atmosphere (400 μmol CO2 mol-1) aiming to unravel the mechanisms associated with increases in A and to search new genomic regions of tomato. Additionally, the used lines were subjected to drought stress in order to describe the behavior of this genotypes under this condition. The results suggested that the increase in A may be regulated by changes in the biochemical step of photosynthesis, evidenced by the improve in the electron transport rate (ETR) while diffusive mechanisms remaining stable. Experiments were established in 2 different years and evidences highlight the region covered by the SubILs (IL 2-5-2 and IL 2-5-6) as a candidate region for gene selection of photosynthesis regulation in tomato. In addition, the IL 2-5-2 kept its leaf water potential higher when compared to M82 when exposed to moderate drought. It did not differ in control conditions. Keywords: Photosynthesis. Elevated CO2. Drought. Introgression lines.Uma porção do genoma do tomate (Solanum lycopersicum) está provavelmente envolvido na regulação da fotossíntese. Entretanto, devido a complexidade, a função de genes e a regulação de mecanismos relacionados a fotossíntese ainda não são completamente compreendidos. Uma das maneiras de mensurar a eficiência fotossintética é através da assimilação de CO2 (A). Algumas regiões genômicas do cromossomo 2, denominadas BINs, têm sido associadas à performance fotossintética. Esses BINs foram definidos por meio de estudos com linhas de introgressão (ILs). Desse modo, buscando investigar os fenótipos relacionados com A associados ao cromossomo 2, foram selecionadas uma IL (IL2-5) e três subILs (IL2-5-2, IL2-5-6, e IL2-5-12) que delimitam regiões de interseção do cromossomo 2. Essas ILs também abrangem o BIN 2K, que foi previamente associado a aumentos em A, conteúdo de amido e aumento no conteúdo de RuBisCO. Plantas da IL e subILs selecionadas foram submetidas a uma atmosfera enriquecida com 800 μmol CO2 mol-1 e uma atmosfera controle (400 μmol CO2 mol-1) esperando desvendar os mecanismos associados ao aumento em A e buscar novas regiões genômicas do tomateiro. Adicionalmente, as linhas utilizadas foram submetidas ao estresse hídrico com objetivo de descrever o comportamento desses genótipos em condição de seca. Os resultados sugerem que o aumento em A pode ser regulado pela etapa bioquímica da fotossíntese, evidenciado pelo aumento na taxa de transporte de elétrons (ETR) enquanto mecanismos difusivos permaneceram estáveis. Experimentos foram implantados em dois anos diferentes e evidencias destacaram a região que abrange as SubILs ( IL 2-5-2 e IL 2-5-6) como uma região candidata para seleção de genes da regulação da fotossíntese em tomate. Adicionalmente, a IL 2-5- 2 manteve seu potencial hídrico foliar mais alto que M82 quando expostos a seca moderada. Em condição controle, não houve diferença significativa. Palavras-chave: Fotossíntese. Elevado CO2. Seca. Linhagens de introgressão.