Estudio de la regulación transcripcional en el desarrollo vascular. El papel de los receptores de brasinoesteroides y los factores de transcripción R2R3-MYB

Abstract

Este proyecto se enfoca en el estudio del desarrollo vascular, analizando la regulación de los receptores de brasinoesteroides y el papel de los factores de transcripción R2R3-MYB en la modulación de la pared celular secundaria.

Los brasinoesteroides (BRs) son hormonas vegetales cuya percepción ocurre en la membrana plasmática por el receptor BRI1 y que presentan roles esenciales en el crecimiento y desarrollo de la planta. Los receptores AtBRL3 y AtBRL1, han sido identificados como homólogos a BRI1, capaces de unir con alta afinidad brasinolido (BL), que es el compuesto más activo de los BRs. En este estudio se demostró que los brasinoesteroides regulan el patrón de expresión en el tejido vascular de AtBRL3 y que dicha regulación es dosis dependiente. En la región 5' de AtBRL3 fue identificado un elemento de respuesta a BRs (BRRE) y seguidamente, se estableció que la proteína BES1 que tiene afinidad por las cajas BRRE se une in vivo a la zona donde se encuentra. Los resultados genéticos y moleculares muestran que la expresión de AtBRL3 es promovida a concentraciones bajas de BRs o de la proteína BES1 y reprimida y/o alterada a concentraciones altas de la proteína BES1.

De otra parte, esta investigación se orientó también al análisis de la modulación de la biosíntesis de lignina, que es un polímero que se localiza en la pared celular secundaria. La lignina es el segundo polímero más abundante de la biomasa vegetal, después de la celulosa, sin embargo es un componente no deseable para el uso de la biomasa para la alimentación animal y para la producción de bioetanol celulósico, ya que dificulta la destrucción de los polímeros de la pared celular y por tanto, la obtención de los azúcares que la integran (Zhong and Ye, 2009). Este hecho ha aumentado la relevancia de estudiar la ruta de la síntesis de lignina. Una de las familias de factores de trascripción que se ha descrito que son importantes en la ruta de la síntesis de lignina, son los R2R3-MYB. Los R2R3-MYB forman una familia multigénica muy amplia, dentro de la cual se encuentra el subgrupo 4, que se ha descrito que es importante en la represión de la biosíntesis de lignina. En este proyecto se estudio la regulación de la ruta de la síntesis de lignina por parte de los factores de transcripción R2R3-MYB del subgrupo cuatro ZmMYB11, ZmMYB31 y ZmMYB42, identificando in vivo sus dianas y generando con dichos resultados un perfil de unión a ADN, que indica que probablemente cada uno hace parte de un mecanismos de modulación de la producción de diferentes monolignoles. Posteriormente, con el fin de profundizar en el análisis de los mecanismo de modulación en los que están involucrados estos factores de transcripción se identificó y caracterizo un modulo regulatorio presente en el promotor de ZmCOMT, en cuya regulación está involucrado ZmMYB11 y ZmZIM91 que es un miembro de la familia TIFY que ha sido involucrada en respuestas a diversas hormonas como JA y ABA. Los resultado obtenidos permitieron establecer que ZmMYB11 y ZmZIM91 pueden formar un heterodímero que interactúa con el modulo regulatorio en cis AC-GATA/C de ZmCOMT con el fin de reprimir su expresión pero en presencia de metil jasmonato reducen su capacidad de unión al promotor de esta diana.

This project is focusing in the study of the vascular development, analyzed the regulation of brassinosteroid receptors and the role of the transcription factors R2R3-MYB in modulating secondary cell wall.

Brassinosteroids (BRs) are plant hormones, perceived by the plasma membrane receptor BRI1 and exhibiting essential roles in plant growth and development. Two BR receptor like kinases AtBRL3 and AtBRL1, have been identified as BRI1 homologous, capable to bind BL, the most active BR, with high affinity and expressed in the plant vascular tissue. Analysing the 5’ flanking region of AtBRL3 revealed one BRRE and one E-box, both putative BES1 and BZR1 binding sites. Additional investigations uncovered BES1 as the important factor in the AtBRL3 regulation, exhibiting its function by directly binding to the BRRE in the 5’ flanking region of AtBRL3. In addition, the molecular and genetics results of this study show for AtBRL3 a BR regulated expression pattern in the plant vascular tissue. Moreover, the BR regulated expression of AtBRL3 in the root vascular tissue has been shown to be dose dependent, promoting its expression at low BR levels or BES1 protein and repressing and/or altering its spatial distribution with increasing concentrations of BRs or BES1 protein. In this research, also was analyzed the regulation of lignin biosynthesis, which is a polymer located in the secondary cell wall. Lignin is an undesirable component for the use of biomass for animal feed and for the production of cellulosic ethanol. The R2R3-MYB is one family of transcription factors that have been reported to be important in the regulation of the synthesis lignin pathway. In this project we studied the members of the R2R3-MYB family, subgroup 4: ZmMYB11, ZmMYB42 and ZmMYB31, identifying their targets in vivo and generating a profile of DNA binding with these results. Furthermore, we identified and characterized a cis regulatory module on the ZmCOMT promoter. In this regulatory module are involved ZmMYB11 and ZmZIM91 which is a member of TIFY family implicated in responses to various hormones such as jasmonic acid.