Análisis transcriptómicos de la germinación en semillas de Cedrela odorata L. para su conservación.

Abstract

Cedrela odorata L. es una especie forestal tropical importante en el mercado de madera para la fabricación de muebles finos. Sus poblaciones se han sobreexplotado lo que la ha llevado a ser protegida. Una manera de usar y conservar la especie es guardar semillas en bancos de germoplasma; sin embargo, su viabilidad decrece en el corto plazo. Los mecanismos fisiológicos y moleculares implicados en el proceso germinativo son poco conocidos; por lo que su estudio es necesario para el desarrollo de nuevas estrategias de conservación y manejo de estas semillas. El objetivo fue identificar genes implicados en el proceso germinativo de semillas de C. odorata a través de un estudio basado en los cambios de expresión génica. Se generó un transcriptoma de novo considerando tres etapas del proceso germinativo: semilla madura seca (S), hidratada al 95% (E) y germinada (G). Después se realizó el estudio de expresión diferencial utilizando las comparaciones: SvsE, EvsG y SvsG. Para el análisis se usó programación en R y el paquete DESeq2. El umbral para considerar un gen diferencialmente expresado (DEG) fue obtener un valor de significancia (padj) ≤ 0.01 y un valor absoluto de cambio de expresión (Log2 FoldChange) ≥ 2. Las secuencias generadas fueron anotadas de acuerdo con bases de datos públicas preexistentes, lo que permitió identificar putativamente a los genes. Los DEG fueron analizados por medio de los términos GO y su enriquecimiento. El transcriptoma tuvo un total de 52,490 genes, un %GC de 42.62 y un valor N50 de 1,668. Se encontraron 22 grupos funcionales destacando las modificaciones postraduccionales y transcripción. En las categorías procesos biológicos (PB), componentes celulares (CC) y función molecular (FM) de la clasificación GO, predominaron los términos: “regulación de la transcripción-plantilla de ADN”, “núcleo” y “unión de ATP”, respectivamente. El análisis de expresión diferencial evidenció a 8,863 DEG. Durante el proceso germinativo se exhibieron dos etapas: la primera, relacionada con la reactivación metabólica posterior a la imbibición en la cual los genes con mayor cambio son aquellos relacionados con el metabolismo energético, la señalización y el metabolismo de la pared celular. En la segunda se presentaron genes relacionados con el alargamiento del embrión. También se evidenciaron cambios en la expresión de genes relacionados con tolerancia a la desecación como HSP, GGT1 y GOLS2. Los resultados contribuyen al conocimiento de los mecanismos fisiológicos y moleculares presentes en el proceso germinativo de C. odorata y genera un punto de partida a investigaciones que incluyan la asociación del genotipo con el manejo de semillas en el almacenamiento. _______________ TRANSCRIPTOMIC ANALYSIS OF GERMINATION IN SEEDS OF Cedrela odorata L. FOR THEIR CONSERVATION. ABSTRACT: Cedrela odorata L. is an important tropical forest species in the international wood market, used for manufacturing of fine furniture. Its populations are overexploited, which has led it to be protected. One way to use and conserve the species is by storing seed in germplasm banks, however, its viability decreases in a short time. The physiological and molecular mechanisms involved in the germination process are poorly understood; Therefore, its study is necessary for the development of new strategies for the conservation and management of these seeds. The objective was to identify genes involved in the germination process of C. odorata seeds through a study based on changes in gene expression. A de novo transcriptome was generated considering three stages within the germination process: dry mature seed (S), 95% hydrated (E) and germinated (G). Afterwards, the differential expression study was carried out using the comparisons: SvsE, EvsG and SvsG. For the analysis, R programming and the DESeq2 package were used. The threshold to consider a differentially expressed gene (DEG) was to obtain a significance value (padj) ≤ 0.01 and an absolute value of expression change (Log2 FoldChange) ≥ 2. The generated sequences were annotated according to pre-existing public databases which allowed putative identification of the genes. The DEGs were analyzed through the GO terms and their enrichment. The transcriptome had a total of 52,490 genes, a %GC of 42.62, and an N50 value of 1,668. 22 functional groups were found, highlighting the post-translational modifications and transcription. In the categories, biological processes (PB), cellular components (CC) and molecular function (FM) of the GO classification, the terms: “regulation of transcription-DNA template”, “nucleus” and “ATP binding” predominated, respectively. Differential expression analysis evidenced at 8,863 DEG. During the germinative process two stages were exhibited: the first, related to metabolic reactivation after imbibition in which the genes with the greatest change are those related to energy metabolism, signaling and cell wall metabolism are expressed. In the second, genes related to the elongation of the embryo showed up. Changes in the expression of genes related to tolerance to desiccation such as HSP, GGT1 and GOLS2 were also evidenced. The results contribute to the knowledge of the physiological and molecular mechanisms present in the germination process of C. odorata and generate a starting point for further research that includes the association of the genotype with the handling of seeds in storage.