Caracterización de nuevos componentes de la regulación transcripcional durante la germinación de semillas de arabidopsis thaliana

  1. Rueda Romero, Paloma
Supervised by:
  1. Luis Javier Oñate Sanchez Co-director
  2. Pilar Carbonero Zalduegui Co-director

Defence university: Universidad Politécnica de Madrid

Fecha de defensa: 15 December 2011

Committee:
  1. Antonio Molina Fernández Chair
  2. Isabel Allona Alberich Secretary
  3. Carmen Fenoll Committee member
  4. Óscar Lorenzo Sánchez Committee member
  5. Angel Jesús Matilla Carro Committee member

Type: Thesis

Teseo: 318435 DIALNET

Abstract

La semilla es un órgano fundamental para la supervivencia y la dispersión de las plantas. Al final de la fase de maduración, la semilla seca puede entrar en un estado de dormición que imposibilita la germinación incluso en condiciones favorables. Una vez superado este estado, condiciones ambientales favorables inducirán la germinación. La transición entre los estados de maduración, quiescencia o dormancia y germinación durante el desarrollo de la semilla están regulados por factores ambientales y fisiológicos, donde principalmente dos fitohormonas: el ácido abscísico (ABA) y las giberelinas (GAs) juegan un papel regulador antagónico. El trabajo descrito en esta tesis tiene como objetivo identificar nuevos componentes reguladores en la germinación de semillas de Arabidopsis thaliana y se divide en dos capítulos que describen: 1) la caracterización de un factor de transcripción de tipo DOF (DOF6) durante la germinación de la semilla de A. thaliana y 2) la caracterización de motivos en cis reguladores del gen LIP1, que codifica una GDSL-Lipasa y que se induce durante la germinación, así como de los factores de transcripción que los reconocen. La dormancia favorece la dispersión de las semillas y permite que la germinación ocurra cuando las condiciones ambientales son más apropiadas para el crecimiento de la nueva plántula. La pérdida de dormancia a través del almacenaje en seco de la semilla, conocido como after-ripening (AR), ocurre a través de procesos aún no bien conocidos a nivel molecular. En este estudio se ha descrito un gen de Arabidopsis que codifica un factor de transcripción de la familia DOF (DOF6) que reprime la germinación de la semilla. Los niveles de tránscritos de este gen se acumulan en la semilla seca y decaen a lo largo del AR así como durante la imbibición. Mientras que la sobre-expresión constitutiva del gen DOF6 tiene efectos deletéreos en el crecimiento y fertilidad de la planta, la sobre-expresión inducida durante la imbibición de la semilla, provoca un retraso en la germinación, fenotipos hipersensibles a ABA y una inducción de la expresión del gen ABA1, que codifica un enzima clave de la ruta de biosíntesis del ABA, así como de otros genes de estrés inducidos por esta hormona. Las diferencias en las cinéticas de germinación y en los niveles de expresión de estos genes desaparecieron en semillas con AR, a pesar de la sobre-expresión del gen DOF6. Además DOF6 interacciona con TCP14, un regulador positivo de la germinación de la semilla previamente descrito. Mutantes de pérdida de función tcp14 tenían niveles más altos de expresión de ABA1 y de genes de estrés inducidos por ABA respecto al fenotipo silvestre. Todos estos resultados apuntan a que DOF6 afecta negativamente la germinación de la semilla y tiene una función opuesta a TCP14 en la regulación de un conjunto específico de genes relacionados con el ABA. El estudio de genes que codifican hidrolasas en la aleurona post-germinativa de semillas de cereales, ha puesto de manifiesto la existencia de elementos en cis conservados, a los que se unen factores de transcripción de las familias MYB (R2R3 y R1), bZIP y DOF. Sin embargo, esta regulación parece no estar conservada en semillas dicotiledóneas. Se ha identificado el gen LIP1, que codifica una GDSL-Lipasa y que se induce fuertemente durante la germinación de las semillas de Arabidopsis, observándose que tal inducción está determinada por GAs. Un análisis filogenómico de la región promotora de LIP1 ha permitido la identificación de dos regiones conservadas. Ensayos de un híbrido de levadura con un fragmento de 50 pb de una de estas regiones conservadas (elemento LIP1) demostraron que los factores de transcripción AtML1 y PDF2 son capaces de unirse específicamente a una caja L1 localizada en el mismo. Se ha demostrado además que dicha caja L1 es imprescindible para la inducibilidad del gen LIP1 por GAs. Los genes AtML1 y PDF2, además de participar en distintos procesos del desarrollo, se expresan durante la germinación de la semilla. Se ha demostrado que AtML1 interacciona consigo mismo y con PDF2, posiblemente formando homo y heterodímeros. Estos resultados sugieren que tanto la caja L1 como el factor de transcripción AtML1, probablemente junto con otras proteínas reguladoras, participan en la inducción de la transcripción mediada por GAs durante la germinación de semillas de Arabidopsis thaliana.