Estudio del mecanismo de señalización por giberelinas en el endospermo de semillas de arabidopsis thaliana

Resumen

La semilla es un órgano fundamental para la supervivencia y la dispersión de las plantas y su germinación es un proceso crítico que influye en gran medida en el rendimiento de los cultivos. El endospermo tiene un importante papel en el control de la germinación, suministrando nutrientes al embrión durante este proceso. Además, este tejido es el encargado de percibir las condiciones ambientales y de integrar esa información en forma de señales que son transmitidas hacia el embrión para controlar su crecimiento. Las giberelinas (GAs) tienen un papel fundamental en la germinación, promoviendo la elongación del embrión y el debilitamiento de las paredes celulares del endospermo, ambos eventos esenciales en este proceso. Aunque en el laboratorio se había caracterizado un módulo regulador que controla el crecimiento del embrión durante la germinación, se desconocían los mecanismos moleculares que regulaban la respuesta a GAs y la expansión celular en el endospermo y su relación con el embrión. El primer objetivo de esta tesis es la identificación de nuevos reguladores implicados en la señalización por GAs en el endospermo durante la germinación de la semilla, utilizando para ello dos aproximaciones complementarias basadas en análisis filogenéticos junto con el cribado de una librería de factores de transcripción y análisis in silico de datos de expresión global de genoma completo durante la germinación. La segunda parte de este trabajo se centra en determinar la relevancia de la señalización por GAs específica de endospermo en el proceso de la germinación. El análisis filogenético del promotor del gen EXPA2, inducido por GAs específicamente en el endospermo durante la germinación, permitió la identificación de un elemento funcional conservado en otras especies de brásicas (SC-EXPA2). Demostramos que SC-EXPA2 contiene secuencias reconocidas por los TFs NAC25 y NAC1L, expresados en endospermo, que son imprescindibles para la transactivación y la inducibilidad del gen EXPA2 por GAs. Las proteínas NAC25 y NAC1L son capaces de formar homo y heterodímeros in planta y NAC25 interacciona con la proteína DELLA RGL2, un represor del mecanismo de señalización por GAs. Dicha interacción elimina la capacidad de transactivación de NAC25 sobre EXPA2. El análisis funcional de las pérdidas de función de los genes NAC25 y NAC1L indica que son activadores de la transcripción, principalmente de genes que codifican enzimas de remodelación de pared celular, y que su regulación es esencial para la elongación celular en el endospermo y subsecuente germinación. Análisis in silico de datos de expresión global, permitieron la identificación de cuatro factores de transcripción adicionales expresados en el endospermo durante la germinación (FT1-FT4) como posibles reguladores de EXPA2. En esta tesis demostramos que FT1 y FT2 son activadores transcripcionales de EXPA2 in planta, y que ambos son capaces de homodimerizar y de interaccionar con proteínas DELLA. Además, FT1 interacciona con NAC25. Aunque al análisis funcional de sus pérdidas de función no permitió asignarles un papel relevante en condiciones estándar de germinación, las evidencias moleculares indican la posible existencia de eventos de control combinatorio que podrían ser reveladas en ausencia de redundancia génica y/o en presencia de condiciones ambientales específicas. Por último, demostramos que la expresión de EXPA2 depende de una señal temprana proveniente del embrión y mostramos evidencias que sugieren que se requiere una expansión coordinada entre embrión y endospermo para proteger la integridad de las células del eje embrionario durante la germinación. En conjunto, nuestros resultados demuestran un papel fundamental de los genes NAC-RGL2 en la señalización mediada por GAs en el endospermo conducente a la expansión celular en el endospermo y al control de la transición de semilla a plántula.