Angiospermas -Aproximadamente 250.000 especies de angiospermas. -Comprenden el 90% del reino vegetal y son dominantes en La Tierra desde hace 80-90 millones de años.

-megagametófito protegido por carpelo/s Este eficacia para la colonización terrestre y la rápida diversificación es debida en buena medida a su sofisticada biología reproductiva: -flor -megagametófito protegido por carpelo/s -microgametófito con gran poder de diseminación -prescindencia del agua para la fertilización -separación física entre gametas (estilo) que permite eventos de reconocimiento y selección

Las plantas son organismos sésiles Vincent van Gogh 1853-1890 “Undergrowth with two figures”

Barreras Reproductivas Reproducción Asexual de Angiospermas Autofertilización Sexual Fertilización cruzada Barreras Reproductivas *Pre-polinización *Post-polinización (prezigóticas) *Post-fertilización

Barreras reproductivas interespecíficas (autoincompatibles) Género Nicotiana Sección Alatae SC (autocompatibles) Barreras pre-polinización: ecológicas, morfológicas, espaciales, temporales Barreras post-polinización o prezigóticas: Interacciones polen-pistilo (velocidad de germinación del polen en el estigma, velocidad de crecimiento del tubo polínico en el estilo). Barreras post-fertilización: aborto de semillas, formación de híbridos estériles.

Sistemas de autoincompatibilidad Barreras reproductivas intraespecíficas: Sistemas de autoincompatibilidad

Barreras reproductivas intraespecíficas Autoincompatibilidad: Mecanismo determinado genéticamente que permite distinguir el polen propio o estrechamente relacionado y rechazarlo. Constituye una barrera prezigótica que impide la fertilización, favoreciendo la variabilidad y evitando la endocría. Más de la mitad de las 250.000 sp de angiospermas tienen o tuvieron algún mecanismo de autoincompatibilidad Heteromórfica: basada en el polimorfismo floral Autoincompatibilidad Homomórfica: basada en la interacción célula-célula entre estructuras reproductivas masculina y femenina

Autoincompatibilidad heteromórfica Heterostilia en Primula pin thrum

La autoincompatibilidad evita la endocría y promueve la diversidad Autoincompatibilidad homomórfica arresto de la germinación anther pollen grains arresto del crecimiento stigma pollen tube style ovary ovules A B La autoincompatibilidad evita la endocría y promueve la diversidad

Interacciones polen-pistilo 1 pollen capture and adhesion 2 pollen hydration 3 germination of the pollen to produce a pollen tube 4 penetration of the stigma by the pollen tube 5 growth and guidance of the pollen tube through the stigma and style 6 entry of the pollen tube into the ovule and discharge of the sperm cells. Hiscock & Allen (2008) New Phytol

El pistilo de Nicotiana alata órganos reproductivos sección del pistilo tejido de transmisión

El tubo de polen penetra el estilo a través de la matriz extracelular del tejido de transmisión

El locus S tiene al menos dos genes determinantes de la especificidad de la autoincompatibilidad haplotipo ♀ Pistilo ♂Polen Spi1, Spi2, Spi3....Spi n Spo1, Spo2, Spo3....Spo n alelos Spi1 Spo1 expresión específica en el pistilo expresión específica en el polen

La coincidencia de haplotipos idénticos en el polen y el pistilo produce el rechazo del polen S1 S2 S2 S3 A B S1/S2 S2/S3 S1 S2 S2 S1 S2 S2 S3 S3

Tipos de autoincompatibilidad Plantaginaceae PrpS PrsS Incompatibildad gametofítica (GSI): El alelo del polen involucrado en la SI es expresado directamente en el gametófito (grano de polen) Incompatibildad esporofítica (SSI): El alelo del polen involucrado en la SI es expresado en la antera (esporófito) y transportado luego al grano de polen

Autoincompatibilidad dependiente de S-RNasas Solanaceae, Rosaceae, Plantaginaceae ♀ Pistilo ♂Polen S1-RNasa S1LF1 S1LF2 S1LF3 expresión específica en el pistilo expresión específica en el polen

Especificidad de expresión en las S-RNasas C1 C2 HvA HvB C3 C4 C5 Detección de alelos de S-RNasas por PCR (polymerase chain reaction) S70 RNase

Cómo se reconocen S-RNase y SLF? HVb HVa Los dominios hipervaribles de S-RNasas son hidrofílicos y se encuentran en la periferia de la molécula.

El polen rechazado en Nicotiana exhibe degradación de ARN C I C I C I C I La S-RNasa determina la especificidad en el reconocimiento del polen y contribuye al rechazo del polen incompatible

La S-RNasa determina la especificidad en el reconocimiento del polen Pistil S1S2 S1S2:S3 S1S2:S3 (H93N) Pollen R R R S1 R R R S2 R A A S3 La actividad catalítica de la S-RNasa es indispensable para el rechazo del polen Huang et al. (1994) Plant Cell Lee et al (1994) Nature

El crecimiento es arrestado en los tubos polínicos incompatibles

S-RNasa ingresa al interior de tubos polínicos compatibles e incompatibles

Compatible Incompatible Hipótesis de la compartamentalización de S-RNasas Compatible Incompatible I C Polinización temprana White: pollen tube Blue: S-RNase Green: vacuole

Compatible Incompatible Hipótesis de la compartamentalización de S-RNasas Compatible Incompatible I C Polinización tardía White: pollen tube Blue: S-RNase Green: vacuole

Self-incompatibility models Compatible pollination stable RNA Vacuole ER stable compartment S-RNase-SLF recognition uptake ECM S-RNase SLF

compartmentalization Self-incompatibility models Incompatible pollination RNA stable S-RNase compartmentalization ER S-RNase-SLF recognition early incompatible stable compartment uptake unstable compartment RNA degradation late incompatible S-RNase release S-RNase ECM SLF

Modelo de degradación de S-RNasas S-RNase

Plantaginaceae PrpS PrsS

Self-incompatibility based on Programmed Cell Death (PCD) Papaveráceas ♀ Pistil ♂Pollen PrsS (S1) PrpS (S1) expresión específica en el pistilo expresión específica en el polen

Self-recognition SI system in Papaveraceae Curr Op Plant Biol (2011)

F-actin cytoskeleton is an early target in Papaveraceae pollen rejection

Autoincompatibilidad y muerte celular programada en Papaver Treatment (péptido inhibidor de caspasas)

Muerte Celular Programada en Papaveráceas

Plantaginaceae PrsS PrpS

♀ Pistil ♂Pollen SRK (S1) SP11/SCR (S1) Autoincompatibilidad basada en el arresto de la germinación Brasicáceas ♀ Pistil ♂Pollen SRK (S1) SP11/SCR (S1) expresión específica en el pistilo expresión específica en la antera

Porqué en Brasicáceas la SI es esporofítica (SSI)? Formación del grano de polen

La expresión de SP11 ocurre inicialmente en las células del tapete (esporófito) RNA blot In situ RNA hybridization PNAS (2000) Plant Cell Physiology, (2003) Immunohistochemical localization of SP11-8 stage 5 stage 7

Nivel de expresión de S60-SP11 y S52-SP11 en diferentes combinaciones alélicas Antisense S60 probe (S52S60 ) S60S60 Sense S60 probe (control negativo) S60 probe S52S60 Antisense S60 probe S52 probe S52S60 Antisense S52 probe

Inhibición de la germinación del polen en Brasicaceas Anther tapetum

Están quietas pero no tanto