| Date: |
2026 |
| Abstract: |
La salinització del sòl representa una amenaça per a la producció agrícola i afecta aproximadament el 10% de la superfície global, augmentant a causa del canvi climàtic. Mentre que la majoria dels cultius són sensibles a la salinitat, les plantes halòfites representen només l'1% de la flora, presenten una gran tolerància a aquest estrès. La seva capacitat de créixer i reproduir-se en concentracions de sals letals per la majoria d'espècies les converteixen en models útils per entendre els seus mecanismes de tolerància. A més, l'estudi de la variació natural vegetal ha demostrat com els ambients locals modelen les respostes a l'estrès abiòtic. Partint d'això, l'objectiu d'aquesta tesi és explorar els mecanismes de tolerància de varietats cultivades i poblacions naturals de l'halòfita facultativa Lobularia maritima. Un cribratge temporal i de salinitat en varietats cultivades va mostrar que L. maritima tolerava concentracions de fins a 400 mM NaCl, on les plantes tractades acumulaven Na+ a les fulles però alentint el seu creixement. Les respostes a la salinitat van incloure ajustos osmòtics, el manteniment de l'homeòstasi iònica, la producció d'antioxidants i canvis hormonals, on l'ABA integrava aquestes respostes. La cinètica temporal de les plàntules sota un xoc salí va reflectir ajustos osmòtics ràpids, gràcies a l'acumulació de prolina i Na+ en les fulles, però derivant en alteracions ionòmiques. L'acumulació foliar de Na+ es deu a un augment en l'expressió de SOS1 i NHX1 en les fulles, unit a la inhibició radicular de HKT1 . Per a determinar la variabilitat natural present en la tolerància a la salinitat en L. maritima, es van seleccionar deu poblacions costaneres i de l'interior de Catalunya i es van créixer en sòls representatius. La plasticitat fenotípica va dominar sobre l'adaptació local en els sòls salins, excepte en BEL i MAL. L'ús de plataformes de fenotipatge vegetal d'alt rendiment va mostrar que aquestes van mostrar un creixement similar o fins i tot induït en salinitat, però sense patrons de costa-interior clars. No obstant , les diferències de creixement entre les poblacions suggereixen que l'origen matern podria influir en la plasticitat de les respostes a la salinitat. Per explorar les diferències genòmiques entre les poblacions i generar nous assemblatges de genoma de referència, es van crear de novo assemblatges de BEL i MAL. Una comparació entre assembladors va mostrar que la qualitat dels basats en dades de PacBio HiFi va superar la d'aquells ja existents, generant així l'assemblatge de genoma de L. maritima més contigu reportat. A més, es va identificar i corregir un artefacte del Chr06. Les noves anotacions del genoma van mostrar que els gens exclusius de BEL i MAL estaven relacionats amb la regulació multinivell, les respostes a la salinitat i la senyalització d'ABA, donant-li suport a la seva adaptació evolutiva a ambients salins. La integració de dades fisiològiques, transcriptòmiques i epigenètiques va permetre discernir entre les respostes convergents i divergents de BEL i MAL. Les plàntules de BEL exposades a salinitat van mostrar un major reajustament de l'expressió gènica. Les respostes compartides entre poblacions van incloure l'ajustament osmòtic, l'acumulació de Na+ i la senyalització d'ABA, mentre que aquelles divergents estaven relacionades amb l'homeòstasi de la resta de el ionoma, la senyalització de JA i el metabolisme de glucosinolats. Els patrons de metilació de CG genòmics estaven determinats principalment per l'origen poblacional més que per la salinitat, on BEL va registrar valors lleugerament inferiors. En resum, aquesta tesi aporta un major coneixement de la variació natural de les respostes a la salinitat de L. maritima i mostra com la seva tolerància a la salinitat depèn de la integració coordinada de respostes fisiològiques, moleculars i reguladores a diferents nivells biològics. |
| Abstract: |
La salinización del suelo representa una amenaza para la producción agrícola y afecta aproximadamente el 10% de la superficie global, en aumento a causa del cambio climático. Mientras que la mayoría de los cultivos son sensibles a la salinidad, las plantas halófitas representan solo el 1% de la flora, pero presentan una elevada tolerancia este estrés. Su capacidad de crecer y reproducirse en concentraciones de sales letales para la mayoría de las especies las convierte en modelos para entender sus mecanismos de tolerancia. Además, el estudio de la variación natural vegetal ha demostrado como los ambientes locales moldean las respuestas al estrés abiótico. En base a esto, el objetivo de esta tesis es explorar los mecanismos de tolerancia de variedades cultivadas y poblaciones naturales de la halófita facultativa Lobularia maritima. Un cribado temporal y de salinidad en variedades cultivadas mostró que L. maritima toleraba concentraciones hasta de 400 mM NaCl, donde las plantas tratadas acumulaban Na+ aunque el crecimiento se ralentizó. Las respuestas a la salinidad incluyeron ajustes osmóticos, el mantenimiento de la homeóstasis iónica, la producción de antioxidantes y cambios hormonales, donde el ABA integraba las respuestas. La cinética temporal de las plántulas expuestas a un choque salino reflejó ajustes osmóticos rápidos, gracias a la acumulación de prolina y Na+ en las hojas, pero derivando en alteraciones ionómicas. La acumulación foliar de Na+ se debe a un aumento en la expresión de SOS1 y NHX1 en las hojas, unido a la inhibición radicular de HKT1. Para determinar la variabilidad natural presente en la tolerancia a la salinidad en L. maritima, se seleccionaron un total de diez poblaciones costeras y del interior de Cataluña y se crecieron en suelos representativos. La plasticidad fenotípica dominó sobre la adaptación local en las respuestas a los suelos salinos, excepto en BEL y MAL. El uso de plataformas de fenotipado vegetal de alto rendimiento mostró que las poblaciones mostraron un crecimiento similar o incluso inducido en salinidad, pero sin patrones de costa-interior claros. Sin embargo, las diferencias de crecimiento observadas entre las poblaciones sugieren un efecto del origen materno en la plasticidad de las respuestas a la salinidad. Para explorar las diferencias genómicas entre las poblaciones y generar nuevos ensamblajes de genoma de referencia, se crearon de novo ensamblajes de BEL y MAL. Una comparación entre ensambladores mostró que la calidad de aquellos basados en PacBio HiFi superaba la de aquellos ya existentes, creando así el ensamblaje de L. maritima más contiguo registrado. Además, se identificó y corrigió un artefacto del Chr06. Las nuevas anotaciones de genoma mostraron que los genes exclusivos de BEL y MAL relacionados con la regulación multinivel, las respuestas a la salinidad y la señalización de ABA, lo que apoya su adaptación evolutiva a entornos salinos. La integración de datos fisiológicos, transcriptómicos y epigenéticos permitió discernir entre las respuestas convergentes y divergentes de BEL y MAL. Las plántulas de BEL expuestas a salinidad mostraron un mayor reajuste de la expresión génica. Las respuestas compartidas entre poblaciones incluyeron el ajuste osmótico, la acumulación de Na+ y la señalización de ABA, mientras que aquellas divergentes estaban relacionadas con la homeostasis del resto del ionoma, la señalización de JA y el metabolismo de glucosinolatos. Los patrones de metilación de CG genómicos estaban determinados por el origen poblacional más que por la salinidad, donde BEL reportó valores ligeramente inferiores. En conjunto, esta tesis aporta un mayor conocimiento de la variación natural de las respuestas a la salinidad de L. maritima y muestra cómo su tolerancia a la salinidad se basa en la integración coordinada de respuestas fisiológicas, moleculares y regulatorias a diferentes niveles biológicos. |
| Abstract: |
Soil salinization represents a major constraint for agricultural productivity and affects nearly 10% of the global land area, a proportion expected to increase under climate change. While most crop species are salt-sensitive, halophytes represent only 1% of the world's flora but exhibit remarkable tolerance to salinity. Their ability to grow and reproduce under salt concentrations that are lethal to most plants makes them valuable models for understanding salt tolerance mechanisms. In addition, the study of plant natural variation has revealed how local environments shape adaptive and plastic responses to abiotic stress. Thus, this thesis aims to elucidate the multilevel mechanisms underlying salt tolerance in both cultivated and natural populations of the facultative halophyte Lobularia maritima. A time- and salt-concentration screening of cultivars showed that L. maritima tolerates up to 400 mM NaCl, displaying a shoot Na+-includer strategy at the expense of growth delay. Salt responses involved osmotic adjustment, ion homeostasis, antioxidant activation, and hormonal regulation, with ABA acting as a central integrator. A salt shock time course revealed rapid osmotic readjustments, accompanied by early proline and Na+ accumulation, which led to pronounced ionomic imbalances. The Na+-includer behavior was explained by an upregulation of SOS1 and NHX1 in shoots, together with the inhibition HKT1 in roots. To assess natural variation in salinity tolerance in L. maritima, ten coastal and inland populations from Catalonia were grown in representative soils. Phenotypic plasticity dominated plant responses to saline soils over local adaptation, except for BEL and MAL populations, which performed better in their native soils. The use of High-Throughput Plant Phenotyping platforms for determining the plasticity of salt responses further revealed that populations showed equal or better growth under salinity, although no clear coastal-inland trends were detected. However, population-specific growth patterns were observed, suggesting that maternal effects may influence the degree of plasticity in salt-response regulation. To explore the genomic differences between populations and produce new reference genome assemblies, de novo assembly of the BEL and MAL genomes was performed. The benchmark of long-read-based assemblies showed that PacBio HiFi assemblies outperformed existing versions, reporting the most contiguous L. maritima assembly to date. Moreover, a misassembly present in previous versions of Chr06 was identified and corrected. New gene annotations revealed that BEL and MAL exclusive genes were enriched in terms related to transcriptional and epigenetic regulation, salt response, and ABA signaling, supporting their evolutionary adaptation to saline conditions. The integration of physiological, transcriptomic, and epigenetic data allowed the identification of convergent and divergent salt responses between the contrasting populations BEL and MAL. Salt-exposed BEL seedlings showed greater gene-expression reprogramming compared to MAL. Population-shared responses involved osmotic adjustment, Na+ storage, and ABA signaling, while they differed in ionome homeostasis, JA signaling, and glucosinolate metabolism. Genome-wide CG methylation patterns were primarily determined by population origin rather than salinity, with BEL showing slightly lower levels. Overall, this thesis provides valuable insights into the natural variation of salt responses in L. maritima and demonstrates that salt-tolerance in this species emerges from the coordinated integration of physiological, molecular, and regulatory responses across multiple biological levels. |
| Note: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biologia i Biotecnologia Vegetal |
| Rights: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Language: |
Anglès |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Subject: |
Halòfites ;
Halophytes ;
Halófitas ;
Salinitat ;
Salinity ;
Salinidad ;
Variació natural ;
Natural variation ;
Variación natural ;
Ciències de la Salut |
guest ::
