Análisis de la interconexión entre rutas transcripcionales hormonales y del síndrome de huida de la sombra de Arabidopsis

Abstract

El crecimiento y desarrollo vegetal está fuertemente determinado por las condiciones ambientales, siendo la luz una de las señales ambientales más importantes. Las plantas perciben continuamente la información lumínica por los fotorreceptores. En concreto, la fracción del espectro correspondiente al rojo (R) y rojo lejano (FR) es registrada por los fitocromos. La proximidad de otras plantas (que ocurre en alta densidad vegetal) disminuye la relación R/FR de la luz percibida por una planta, desencadenando un conjunto de respuestas fisiológicas que se conoce como el síndrome de huida de la sombra (SAS). En el estadío de plántula de Arabidopsis thaliana, el alargamiento del hipocotilo es la respuesta más evidente. La longitud del hipocotilo también está influenciada por la acción de ciertas hormonas vegetales como las auxinas y las giberelinas, lo que sugiere que podrían estar participando en el SAS.

En este trabajo se describe que los factores PHYTOCHROME RAPIDLY REGULATED 1 (PAR1), PAR2, LONG HYPOCOTYL IN FR1 (HFR1), BRENHANCED EXPRESSION (BEE) y BES1-INTERACTING MYC-LIKE (BIM), involucrados en la modulación del SAS, afectan a la sensibilidad a giberelinas. Se propone que dentro de esta interconexión entre factores del SAS y giberelinas también tendrían un rol importante el incremento en los niveles de auxinas. Con el fin de identificar el mecanismo molecular implicado en esta regulación, se ha caracterizado el funcionamiento de PAR1, un regulador negativo del SAS, así como también de sus posibles interactores (BEEs y BIMs), que actúan como reguladores positivos del SAS. La secuencia primaria de PAR1, una proteína nuclear que reprime la expresión génica, sugiere que esta bHLH atípica probablemente no une DNA para llevar a cabo su función. Mediante la sobrexpresión en planta de formas truncadas de PAR1 y fusiones traduccionales al dominio de activación de VP16 hemos concluido que PAR1 no uniría DNA para modular la transcripción. Hemos hipotetizado por tanto que probablemente heterodimeriza con factores BHLH típicos e inhibe su capacidad de unir DNA. Nuestros resultados confirmaron que los factores positivos del SAS, BEE2 y BIM1, unen DNA a secuencias específicas, unión que se ve atenuada en presencia de PAR1, resultados que apoyan nuestra hipótesis de que PAR1 actuaría heterodimerizando. Además, la caracterización fisiológica y molecular de líneas mutantes de pérdida de función sugiere que los genes BEEs y BIMs se organizan en módulos funcionales diferentes en la red regulatoria del SAS. Finalmente todos los análisis genéticos han permitido ver que los BEEs y BIMs no sólo estarían participando en el SAS si no que también serían reguladores del desarrollo y además de redundantes en el control de la viabilidad de la planta.

The shade avoidance syndrome (SAS) refers to a set of plant responses initiated after perception by the phytochrome photoreceptors of light enriched in far-red colour reflected from or filtered by neighboring plants. Overall, these responses are aimed to anticipate eventual shading from potential competitor vegetation by overgrowing them or flowering, ensuring next generation. Specifically at the seedling stage, the SAS includes an increase in hypocotyl elongation, a response also regulated by changes in the levels of auxins and gibberellins. Here we describe that in Arabidopsis thaliana plant proximity perception rapidly alters sensitivity to gibberellins. In addition, it also involves a fast change in a network of interacting BHLH proteins, such as PAR1, BIM and BEE factors, that act as auxin and gibberellins responsiveness modulators, which ultimately control growth and possibly are some of the factors involved in the regulation of auxin over gibberellins.

Although the molecular mechanism of this regulation is not known, we propose that PAR1 is a transcriptional cofactor that interacts with BRENHANCED EXPRESSION (BEE) and BES1-INTERACTING MYC-LIKE (BIM) factors. PAR1 directly inhibits these factors by forming non-DNA-binding heterodimers with BEE2 and BIM1. In addition, here we describe the identification of PAR1-interacting factors (POF), including the brassinosteroid signalling components BEEs and BIMs, and characterize their role as networked positive regulators of SAS responses. We provide genetic evidence that BEEs and BIMs not only control plant growth and development under shaded and non-shaded conditions but are also redundant in the control of plant viability. The results of this work suggest that SAS responses are unleashed as a consequence of a plant proximity-triggered new balance of transcriptional regulators within the pre-existing bHLH network, eventually causing hypocotyls to elongate.