Genomic analyses of the cup-shaped cotyledoni 1 network

Abstract

El desarrollo de la flor ha sido un importante campo de investigación por muchos años y el análisis extensivo de interacciones genéticas resultó en un marco de referencia que permitió entender cómo se produce la especificación de los órganos florales. Recientemente, la introducción de tecnologías de nivel genómico permitió confrimar y expandir los modelos existentes sobre el establecimiento de la identidad de los órganos florales y otros eventos importantes que ocurren durante la formación de la flor. A pesar de esto, hay otros aspectos del desarrollo floral para los cuales no existen modelos generales, como el caso de la formación de los límites entre los órganos de la flor.

El gen CUP-SHAPED COTYLEDON1 (CUC1) Arabidopsis thaliana es un factor de transcripción clave involucrado en la regulación del desarrollo floral mediante el control de la formación de estos límites o fronteras. En las plantas, la separación correcta entre distintos tejidos es fundamental para el mantenimiento de los meristemos y para coordinar la formación de nuevos órganos. Esto ocurre a través de todo el desarrollo de la planta, desde la separación temprana de cotiledones en las dicotiledóneas, hasta la fromación de límites entre óvulos durante la fase reproductiva.

CUC1 reprime el crecimiento en la zona de los límites que contribuye a establecer y se propuso que lo hace afectando la división celular. A pesar de este rol crucial de CUC1, los mecanismos moleculares a través de los cuales controla la formación de límites no están descriptos de manera extensiva.

Aquí, la red regulatoria de CUC1 es caracterizada a nivel genómico, usando tecnologías de última generación. En este trabajo, varios aspectos de la función de CUC1 fueron analizados por primera vez mediante la combinación de enfoques complementarios que incluyen la transcriptómica, el perfil de unión al DNA del factor de transcripción y el análisis de interacción entre proteínas. Los resultados obtenidos por estas técnicas permitieron dilucidar un set de dianas transcripcionales, vías moleculares e interactores proteicos de CUC1 que ayudan a delinear los mecanismos por los cuales este factor de transcipción del tipo NAC contribuye al establecimiento de los límites entre órganos florales.

Estos resultados representan un avance sustancial para la comprensión de los eventos moleculares controlados por CUC1 en esta etapa fundamental del desarrollo de una planta. En este sentido, esta Tesis provee un cuerpo de trabajo fundacional que puede utilizarse para explorar la red regulatoria de CUC1 más profundamente.

Flower development has been an active field of research for many years and the thorough analysis of genetic interactions provided a general framework to understand how floral organs are specified. More recently, the introduction of genome-wide technologies helped confirm and expand the existing models about organ identity establishment and other important events during flower formation. Still, there are other aspects of flower development for which general models are lacking, such as the formation of floral organ boundaries.

The Arabidopsis thaliana CUP-SHAPED COTYLEDON1 (CUC1) gene is a key transcription factor involved in the regulation of flower development by controlling boundary formation. In plants, proper boundaries are fundamental for meristem maintenance and to coordinate organogenesis. This occurs throughout plant development, from the early separation of cotyledons in dicots to the formation of boundaries between ovules during the reproductive phase.

CUC1 suppresses growth in the boundary regions that it helps to delimit, and it has been proposed that it does so by affecting cell division. Despite the crucial role of CUC1, the molecular mechanisms by which it controls boundary formation are still poorly understood.

Here, CUC1 regulatory network is characterized at the genome-wide level, using state-of-the-art genomic technologies. In this work, several aspects of CUC1 function were analyzed for the first time through the combination of complementary genome-wide approaches including transcriptomics, transcription factor binding profiles and protein interactome analyses. The results obtained from such techniques allowed to elucidate a set of transcriptional targets, molecular pathways and CUC1 interactors that help delineate the mechanisms by which this NAC transcription factor contributes to the establishment of floral organ boundaries.

These results represent a substantial advance in the understanding of the molecular events that are controlled by CUC1 in this key developmental stage of plant development. In this regard, this Thesis provides a foundational body of work that can be used to further explore CUC1's regulatory network.