Fenotipo, anatomía, e identificación molecular y metabólica de invertasas, en el ciclo diurno-nocturno, de frutos en racimo de frijol (Phaseolus vulgaris L.) con restricción de humedad.

Abstract

El pericarpio es esencial para la protección y formación de semillas en frijol (Phaseolus vulgaris L.). El objetivo del presente estudio fue describir el efecto de la restricción de humedad en el fenotipo, anatomía, fisiología, bioquímica y expresión de invertasas en racimos de frutos, con diferente tamaño y fuerza de demanda en plantas de frijol (P. vulgaris). La hipótesis planteada es que existen diferencias metabólicas en los pericarpios de frutos con distinto número de semillas en desarrollo. Plantas del cultivar OTI se cultivaron en invernadero con riego. En la etapa R8, o de llenado de la vaina, se formaron dos grupos, uno se continuó regando (100 % capacidad de campo, CC) y a otro se le disminuyó en 50 % de capacidad campo durante diez días. El análisis de fenotipo en imágenes RGB mostró que las plantas en 50 % CC, después de 10 días, presentaron síntomas severos de senescencia en las hojas ya que perdieron totalmente el color verde mantuvieron los frutos verdes y permanecieron así varios días. En los racimos de vainas, la funcionalidad estructural de las vainas largas y cortas se demostró anatómicamente, en cortes histológicos. No se observaron diferencias entre las vainas de las plantas con 50 y 100 % CC. Las concentraciones de glucosa y almidón en pericarpios largos y cortos se mantuvieron disminuidos, respecto a fructosa y sacarosa en el ciclo diurno-nocturno, independientemente del nivel de humedad. Las concentraciones de sacarosa en frutos largos aumentó 15 % a medio día. En contraste, con 50 % CC los niveles de sacarosa se mantuvieron elevados a lo largo del día y los de fructosa disminuidos. La actividad enzimática de invertasa de pared celular (PC) fue 10-15 % mayor en frutos cortos en ambos niveles de humedad. Este resultado no se observó en las invertasas vacuolar o citosólica. El análisis bioinformático mostró que en el genoma de P. vulgaris existen seis posibles genes que codifican a invertasas de PC. La homología de aminoácidos mostró que la secuencia codificadora en los genes PvCWINV3 y PvCWINV4 tienen diferencias en motivos relacionados con la catálisis y relación filogenética con dicotiledóneas. Los niveles de transcritos, determinados por RT-qPCR, mostraron que los niveles de transcrito del gen PvCWINV4 fueron 20 % mayores en frutos cortos cosechados de plantas con 50 % CC respecto a los frutos cortos de plantas en riego. El metabolismo de la sacarosa difiere entre frutos del frijol con diferente número de semillas, durante el llenado de la semilla. _______________ PHENOTYPE, ANATOMY, AND MOLECULAR AND METABOLIC IDENTIFICATION OF INVERTASES, IN THE DIURNAL-NIGHT CYCLE, OF FRUIT CLUSTERS OF BEANS (Phaseolus vulgaris L.) WITH MOISTURE RESTRICTION. ABSTRACT: The pericarp is essential for the protection and formation of seeds in beans (Phaseolus vulgaris L.). The objective of the present study was to describe the effect of moisture restriction on the phenotype, anatomy, physiology, biochemistry and expression of invertases in fruit bunches, with different size, and force of demand in bean plants (P. vulgaris). The proposed hypothesis is that there are metabolic differences in the pericarps of fruits with different numbers of developing seeds. Plants of the OTI cultivar were grown in a greenhouse with irrigation. In stage R8, or pod filling, two groups were formed, one continued to irrigate (100 % field capacity, CC) and the other one was reduced to 50 % field capacity for ten days. The phenotype analysis in RGB images showed that the plants at 50 % CC, after 10 days, presented severe symptoms of senescence in the leaves, since they completely lost the green color, they kept the fruits green, and remained so for several days. In pod clusters, the structural functionality of long and short pods was demonstrated anatomically, in histological sections. No differences were observed between the pods of the plants with 50 and 100 % CC. Glucose and starch concentrations in long and short pericarps remained low, compared to fructose and sucrose in the day-night cycle, regardless of humidity level. Sucrose concentrations in long fruits increased 15 % at noon. In contrast, with 50% CC, sucrose levels remained high throughout the day, and fructose levels decreased. Cell wall invertase (CP) enzyme activity was 10-15 % higher in short fruits at both moisture levels. This result was not observed in vacuolar or cytosolic invertases. Bioinformatic analysis showed that in the P. vulgaris genome there are six possible genes encoding PC invertases. Amino acid homology showed that the sequence encoded in the PvCWINV3 and PvCWINV4 genes have differences in motifs related to catalysis and phylogenetic relationship with dicots. The transcript levels, determined by RT-qPCR, showed that the transcript levels of the PvCWINV4 gene were 20% higher in short fruits harvested from plants with 50% CC compared to short fruits from irrigated plants. Sucrose metabolism differs between bean fruits with different number of seeds, during seed filling.