Control hormonal i genètic de la síndrome de fugida de l’ombra en "Arabidopsis thaliana"

Abstract

[cat] Les plantes disposen d’una sèrie de fotoreceptors que informen de manera contínua sobre les característiques lumíniques ambientals, permetent optimitzar el seu creixement i desenvolupament. Els fitocroms són els fotoreceptors millor caracteritzats, que absorbeixen en la regió del roig (R) i del roig llunyà (FR). De tots els processos que regulen, la síndrome de fugida de l’ombra o SAS (de l’anglès shade avoidance syndrome) és probablement el més important en plantes crescudes en llum. La SAS es refereix al conjunt de respostes induïdes en plantes creixent en alta densitat o sota una coberta vegetal. Malgrat la complexitat d’aquestes respostes, la SAS s’indueix per un sol senyal ambiental, que és la disminució de la raó R:FR, la percepció de la qual pels fitocroms inicia una xarxa transcripcional. En el nostre laboratori ens hem centrat en un grup de gens l’expressió dels quals està ràpida i directament alterada per llum de baixa raó R:FR o ombra simulada, anomenant-los gens PAR (de l’anglès phytochrome rapidly regulated). En la present tesi s’ha aprofundit en l’estudi de la cadena de transducció de la senyal en la SAS en Arabidopsis thaliana, emfatitzant en els punts de connexió amb les rutes transcripcionals hormonals.

Resultats d’aquesta tesi, que es complementen amb d’altres obtinguts anteriorment en el grup, demostren que un dels gens PAR, ATHB4, que codifica per un factor de transcripció del tipus Homeo-Domain Leucine-Zipper (HD-ZIP subfamília II), té un paper en la senyalització de la SAS com a un modulador complex en aquestes respostes, involucrant diferents hormones en la seva acció. Per dur-ho a terme es van fer aproximacions amb mutants de guany de funció (de sobreexpressió constitutiva amb activitat induïble) i de pèrdua de funció. Particularment s’ha caracteritzat fisiològica, molecular i histològicament el doble mutant athb4hat3, resultats que mostren una disminució de la resposta a diferents estímuls (hormonals i de llum) d’aquest doble mutant. També hem investigat el paper d’ATHB4 com a regulador del desenvolupament vegetal coactuant amb HAT3 a través d’estudis histològics i moleculars del doble mutant ahb4hat3, el qual mostra fortes alteracions morfològiques relacionades amb la polaritat en el desenvolupament.

Per aprofundir, hem investigat el paper dels quatre membres més propers (pertanyents a HD-Zip II) en les respostes SAS i al control hormonal a nivell molecular i/o fisiològic utilitzant línies de sobreexpressió i de pèrdua de funció, englobant els resultats en un possible mòdul regulador de determinades respostes de la planta.

Aquesta hipòtesi ve recolzada pels resultats que els identifiquen com a gens reguladors complexos d’aquesta resposta.

En paral•lel, hem estudiat l’expressió de SAUR15, un gen de resposta a auxines, BRs i ombra simulada; el qual està regulada per ATHB4 de manera directa. S’han identificat elements E-box i AREs, i s’ha estudiat el seu paper en les respostes a ombra i a hormones. Els nostres resultats mostren que aquests elements no són imprescindibles per a la correcta resposta del promotor als estímuls aplicats.

Una altra aproximació fou l’estudi de la resposta SAS de mutants específics de brassinosteroides i auxines (els quals estan relacionats amb la modulació de l’expressió de SAUR15), on resultats de la tesi suggereixen una connexió entre BRs i la resposta a ombra simulada.

Els resultats obtinguts en quant a components moleculars involucrats en les respostes SAS provenen de l’anàlisi de tota la plàntula sencera. Donat que els llocs de percepció de la llum i de l’acció poden estar físicament separats a la planta, vam estudiar la importància de la comunicació a llarga distància per entendre com la planta creix i es desenvolupa regulada per la llum durant la SAS, obtenint com a resultat que tant els cotilèdons com el meristem apical són importants, però no imprescindibles, en aquesta resposta.

[eng] "Hormonal and genetic control of shade avoidance syndrome in Arabidopsis thaliana "

Plants sense the presence of competing neighboring vegetation as a change in light quality: i.e. they sense the reduced ratio of red light to far-red light. The responses to shade are generally referred to as the shade avoidance syndrome (SAS), and involve various developmental changes intended to outgrow or outcompete the neighboring plants.

In this thesis we analyzed the function of ATHB4, a gene encoding a homeodomain-leucine zipper (HD-Zip) class-II transcription factor from Arabidopsis thaliana, the expression of which is rapidly and directly upregulated after proximity perception by the phytochrome photoreceptors. Our results, altogether with previous studies in my group, suggest that some members of this small gene subfamily can modulate SAS responses by controlling auxin, brassinosteroid and gibberellin molecular and/or physiological responsiveness.

In particular, we propose ATHB4 as a new shade signaling component that participates in integrating shade perception and hormone-mediated growth. To get this conclusion we perform experiments with overexpression and loss-of-function lines. We specially characterized double mutant athb4hat3, which has strong morphological alterations, and which let us find a connection point between light and development concerning polarity.