Control de la floración por los genes tempranillo en respuesta a señales ambientales y endógenas

Abstract

La inducción floral es un proceso de gran importancia en el desarrollo de las plantas, que determina el punto de inicio de la formación de las estructuras reproductoras. Es necesario un estricto control genético de este proceso para optimizar el momento en que la planta movilizará sus reservas e invertirá su energía en la producción de la descendencia. Por ello, la transición de la fase vegetativa a la reproductiva debe darse en el momento fisiológico óptimo para la planta y coincidir con unas condiciones ambientales favorables. En Arabidopsis thaliana, la inducción floral se produce, principalmente, por la activación del gen FLOWERING LOCUS T (FT), en condiciones inductoras de día largo (“ruta del fotoperiodo”), y por la acción de las hormonas giberelinas (GA) en condiciones no-inductoras de día corto. La existencia de represores de la floración es esencial para garantizar una fase vegetativa suficientemente larga para asegurar el éxito del proceso reproductivo. En el laboratorio hemos trabajado con los genes TEMPRANILLO1 (TEM1) y TEMPRANILLO2 (TEM2), represores directos de FT y de los genes de síntesis de GA. El conocimiento generado en el laboratorio nos permite postular que los TEM conectan ambas rutas de control de la floración (ruta de fotoperiodo y ruta hormonal), controlando directamente la acumulación de sustancias inductoras de la floración y determinando cuándo debe desencadenarse la floración. Esta tesis doctoral parte del conocimiento previo generado en el laboratorio y explora la función de los TEM en otras rutas genéticas de control de la inducción floral. Basándonos en el amplio conocimiento del efecto de los factores ambientales en la regulación de la floración, decidimos explorar si los genes TEM están regulados por algunas de las rutas genéticas mejor conocidas: calidad de la luz (mediada por phyB y factores dependientes de phyB), temperatura ambiental (con SVP/FLC mediando la respuesta a bajas temperaturas) y el control de las transiciones de fase (fase juvenil a adulta y transición a la floración mediada por la edad, controlada principalmente por los miRNA miR156/miR172 y el factor SPL9). Así, como objetivo principal nos planteamos establecer los factores genéticos y ambientales que regulan el mecanismo molecular de control de los genes TEMPRANILLO y su posible papel como integradores de diferentes rutas del control de la floración en Arabidopsis. En paralelo a esta línea principal de investigación, nos propusimos el estudio la posible redundancia de otro factor de la familia RAV, RAV1, que es el gen más cercano a los TEM. Como objetivo secundario, nos planteamos caracterizar los genes TEM/RAV ortólogos en el género Populus, como modelo de plantas leñosas. Sabiendo que el módulo CO/FT se mantiene, nos preguntamos si TEM podría tener la misma función como represor, controlando también la floración en árboles. Para este estudio establecimos una colaboración con el grupo del Dr. Ove Nilsson (UPSC, Suecia). Para desarrollar dichos objetivos se ha trabajado desde la genética, la biología molecular y el análisis de fenotipos.

Floral induction is probably the most important process in plant development, since it determines the formation of reproductive structures. So, it is necessary to establish a strict genetic control of this process to optimize the moment in which plants should mobilize their reserves and invest their energy in producing the offspring. Therefore, the transition from vegetative to reproductive phase must happen in the best physiological moment and coincide with favorable environmental conditions. In Arabidopsis thaliana, floral induction occurs mainly by the activation of FLOWERING LOCUS T (FT) in inducing long-day conditions ("photoperiodic pathway"), and by the action of the hormone gibberellin (GA) in non-inducing short day conditions. The existence of floral repressors is essential to ensure a vegetative phase long enough to ensure the success of the reproductive process. In the laboratory we have worked with TEMPRANILLO1 and TEMPRANILLO2 genes (TEM1 and TEM2, respectively), direct repressors of FT and GA synthesis genes. The knowledge generated in the laboratory allows us to postulate that TEM connect both routes of flowering (photoperiod and hormone pathways), directly controlling the accumulation of substances that induce flowering and determining when flowering should be triggered. This thesis begins from the previous knowledge generated in the laboratory and it explores the role of TEM in other genetic pathways of floral induction. Based on the extensive knowledge of the environmental factors effect in the regulation of flowering, we decided to explore whether TEM genes are regulated by some of the best known genetic pathways: quality of light (mediated by phyB and phyB dependent factors), temperature (SVP/FLC mediating the response to low temperatures) and the control of phase transitions (adult and juvenile phase, and the age-dependent flowering, both controlled mainly by the miRNA miR156/miR172 and the transcription factor SPL9). Thus, our main objective was to identify the genetic and environmental factors that regulate the molecular mechanism of TEMPRANILLO genes control, and their possible role as integrators of different routes of flowering time control in Arabidopsis. At the same time, we proposed to study the possible redundancy of another factor of the RAV family, RAV1, which is the TEM closest gene. As a secondary objective, we planned to characterize the TEM/RAV ortholog genes in Populus as a model of woody plants. Knowing that the module CO/FT is functional in Populus, we wondered if TEM might have the same function as a repressor, also controlling flowering in trees. For this study, we established collaboration with the group of Dr. Ove Nilsson (UPSC, Sweden). To develop these goals we took genetics, molecular biology and analysis of phenotypes approaches.