Molecular dissection of the TGA family of transcription factors network by Nitric Oxide in the Root Stem Cell Niche

Abstract

Las plantas son organismos sésiles que, a pesar de no poder desplazarse, son capaces de sobrevivir, crecer, desarrollarse, y reproducirse en ambientes cambiantes sin la necesidad de huir de las condiciones adversas como hacen el resto de los organismos. Todo esto es gracias a su gran capacidad de detectar los estímulos del medio y responder de la forma más adecuada en cada situación. Para ello, disponen de multitud de mecanismos intrínsecos, regulados con elevada precisión. Se trata de procesos complejos, enormemente influenciados por factores extrínsecos a las plantas, que requieren una comunicación y coordinación muy precisa entre las células. Comprender estos mecanismos desde el eslabón más bajo permite entender la base celular de esas respuestas y abre una infinidad de puertas de actuación desde el punto de vista biotecnológico y agronómico. El óxido nítrico (NO) es un radical libre gaseoso que juega un papel importante en numerosos procesos biológicos, tales como el desarrollo vegetal, el metabolismo y la respuesta a diferentes tipos de estrés (Freschi, 2013). Existen estudios que demuestran que el NO afecta de forma negativa al desarrollo de la raíz primaria, al inhibir la actividad de las células meristemáticas que componen el nicho de células madre de raíz (SCN) y sugieren que el NO puede tener un papel regulador en la diferenciación de las células madre de la raíz (Fernández-Marcos et al., 2012; Sánchez-Vicente et al., 2019; Sanz et al., 2014, 2015). Por otro lado, PERIANTHIA (PAN), es conocido por ser uno de los principales reguladores de la determinación del número de órganos florales en el meristemo apical del tallo (SAM) (Chuang et al., 1999; P. Das et al., 2009; Maier et al., 2009; Running & Meyerowitz, 1996). Asimismo, se ha demostrado que PAN está implicado en el desarrollo del meristemo apical de la raíz (RAM), siendo uno de los principales reguladores del SCN, actuando en el centro quiescente (QC) (de Luis Balaguer et al., 2017; Fernández-Espinosa, 2019). Este factor de transcripción (TF) ha sido clasificado dentro la familia de TFs de tipo Basic leucine zipper (bZIP), y en concreto, en la subfamilia TGA (Gutsche & Zachgo, 2016). Además, se ha demostrado que su capacidad de unión al DNA se ve afectada por estrés oxidativo (Li et al., 2009; Sánchez-Vicente et al., 2019) y que las funciones reguladoras de PAN en el SCN, así como de otros TFs de la familia bZIP, se ven afectadas por la presencia/ausencia de NO (Albertos et al., 2015; Fernández-Espinosa, 2019; Lorenzo, 2019) La hipótesis principal sobre la que se sustenta esta Tesis Doctoral es que el NO tiene un papel esencial en el correcto desarrollo del SCN de la raíz, donde afecta a la actividad de PAN y otros TFs de la familia TGA. El propósito con el que se pretende desarrollar esta Tesis es profundizar en el mecanismo de acción del NO en el desarrollo de la raíz vegetal, estudiando los efectos que genera sobre la acción de los TGAs, especialmente de PAN, en las células del RAM y la influencia del estrés nitrosativo y oxidativo. Los resultados presentan a PAN como un regulador central del SCN en un ambiente libre de NO. En este contexto PAN regula la expresión de múltiples TFs que actúan reprimiendo otros genes, por lo que se puede considerar un activador de represores. El análisis de estas dianas ha permitido profundizar en las funciones ya conocidas de PAN y de otros TFs de la familia TGAs, como el desarrollo del SCN de la raíz o la respuesta a estrés oxidativo. Además, se ha descubierto una implicación de PAN en la respuesta a nitrato (NO3-) mediada por ácido abscísico (ABA) a través de una regulación directa de los genes NIN-LIKE PROTEINS (NLPs). También, se ha descrito una relación de los TGAs en la correlación entre flavonoles y especies reactivas de oxígeno (ROS) en la zona de diferenciación de los pelos radiculares. Todo esto ha dado lugar a dos nuevas fronteras inexploradas en el estudio de las funciones de la familia TGA. Por un lado, se ha descrito por primera vez la implicación de PAN en el metabolismo del NO3- durante el desarrollo primario de la planta y por otro se ha descubierto una relación de los TGAs en la aparición de los pelos radiculares. Poniendo de manifiesto el potencial de los estudios bioinformáticos para el descubrimiento de nuevas funciones de los factores de transcripción.