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Title: Phenotypic, genetic and molecular characterization of the parthenocarpic fruit (pat) mutant and identification of the candidate gene in tomato (Solanum lycopersicum L.)
Other Titles: Caratterizzazione fenotipica e genetico-molecolare del mutante parthenocarpic fruit (pat) e identificazione del gene candidato in pomodoro (Solanum lycopersicum L.)
Authors: Picarella, Maurizio Enea
Keywords: Parthenocarpy;Gene complementation;Gene cosuppression;CRISP/Cas9;HD-Zip III genes;Partenocarpia;Complementazione genica;Cosoppressione genica;Geni HD-Zip III;AGR/07
Issue Date: 11-Dec-2017
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi dei dottorato di ricerca. 29. ciclo
Parthenocarpy is a developmental modification that entails fruit setting independently of
pollination and fertilization. In parthenocarpic genotypes, fruit set can be achieved under
pollen-limiting environmental conditions and in sterile genotypes. Parthenocarpy is a trait
linked to fruit quality because it is a pre-requisite for seedlessness and is often associated with
further positive quality aspects. Among the different sources of genetic parthenocarpy
described in tomato, the parthenocarpic fruit 􀈋pat􀈌 mutation is of particular interest because
of its strong expressivity, high fruit set and enhanced fruit quality. The complexity of the pat
􀇲syndrome􀇳 associates a strong competence for parthenocarpy with a complex floral
phenotype involving stamen and ovule developmental aberrations. Previously, the Pat locus
was mapped in a 􀍲.􀍳9 cM window of chromosome 3, comprising nine loci. By comparative
sequence analysis between the WT and the pat lines, a candidate gene was identified. A
complementation experiment for the pat mutant line was carried out, by using a gene cassette
consisting of the coding sequence of the candidate gene, a class-III HD-Zip gene 􀈋SlHB15􀈌,
driven by a constitutive promoter 􀈋CaMV35S􀈌. Despite no WT phenotype could be scored in
the T􀍳 generation, following post-transcriptional trans inactivation events, a number of T􀍳
plants of the WT line, co-suppressed for SlHB􀍳5, were isolated showing some of the traits of
the pat syndrome, among which anther homeotic aberrations, ovule abortion and reduction of
seed number in the fruit. Further phenotypic and molecular characterization of the pat
mutant fostered the potential role of the SlHB15pat allele in the pat syndrome.

La partenocarpia, la formazione e lo sviluppo del frutto in assenza di fecondazione, e un
carattere legato alla qualita del frutto poiche e un prerequisito per l'assenza di semi e spesso e
associato ad ulteriori aspetti positivi della qualita . Tra le diverse fonti di partenocarpia
genetica descritta nel pomodoro, la mutazione parthenocarpic fruit 􀈋pat􀈌 e di particolare
interesse per la sua forte espressivita , l'elevato numero e la migliore qualita dei frutti. La
complessita della "sindrome" pat associa una forte competenza per la partenocarpia con un
fenotipo floreale complesso che comporta l’aberrazione dello sviluppo dello stame e
dell'ovulo. In precedenza, il locus Pat e stato mappato in una finestra 􀍲.􀍳9 cM del cromosoma
3, comprendente nove loci. Mediante analisi comparativa di sequenza tra le due linee quasi
isogeniche, WT e pat, e stato identificato un gene candidato. E stato condotto un esperimento
di complementazione per la linea pat, utilizzando una cassetta genica consistente nella
sequenza codificante del gene candidato, un gene HD-Zip di classe III 􀈋SlHB15􀈌, guidato da un
promotore costitutivo 􀈋CaMV35S􀈌. Nonostante non sia stato possibile rinvenire un chiaro
fenotipo WT nella generazione T􀍳, a seguito di eventi di inattivazione trans post-trascrizionale
􀈋cosoppressione􀈌 di SlHB15, un numero di piante T􀍳 della linea WT ha mostrato alcuni dei
caratteri della sindrome pat, tra cui aberrazioni omeotiche dell’antera, aborto dell'ovulo,
ingrossamento dell’ovario all’antesi e tendenza alla partenocarpia con riduzione del numero
di semi nel frutto. L'ulteriore caratterizzazione fenotipica e molecolare del mutante pat ha
confermato il ruolo potenziale dell'allele SlHB15pat nella sindrome pat.
Dottorato di ricerca in Scienze delle produzioni vegetali e animali
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