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​Bases moleculares de las transiciones de fase del desarrollo en plantas​

Bases moleculares de las transiciones de fase del desarrollo en plantas

​Nuestra investigación se centra en entender los mecanismos moleculares implicados en la regulación de transiciones de fase del desarrollo vegetal que, como el inicio del desarrollo reproductivo y la rotura de la dormición, tienen valor adaptativo para las plantas y un impacto directo en el rendimiento de cultivos.

Grupo de investigación dependiente del

Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP; UPM-INIA) 

​​Durante su ciclo de vida, las plantas atraviesan diversas fases de desarrollo tales como la embrionaria, vegetativa o reproductiva. 

Estos estadios de desarrollo están asociados a patrones de diferenciación celular específicos que determinan los distintos tipos celulares presentes en cada fase. La transición de una fase a la siguiente está controlada por patrones de expresión génica, de manera que la activación o el silenciamiento selectivo de determinados genes, dirige el desarrollo vegetal a través de sus diferentes etapas. 

Que las transiciones de desarrollo ocurran en el momento más adecuado es esencial para la adaptación idónea de las plantas a su entorno, así​ como para un rendimiento óptimo de los cultivos. 

En particular, nuestra investigación está centrada en la regulación de transiciones de fase del desarrollo vegetal que, como el inicio de la floración, determinan el éxito reproductivo y tienen alto valor adaptativo para las especies vegetales, así como un impacto directo sobre la producción de cultivos. 

Estos estudios no solo contribuirán al conocimiento de los mecanismos que regulan el desarrollo vegetal, sino también a asegurar la producción sostenible de cultivos, el principal reto de la agricultura en el escenario actual de cambio climático y calentamiento global. ​

​Investigación

La transición floral supone el inicio del desarrollo reproductivo, y el momento en el que ocurre determina el éxito reproductivo de las especies vegetales ya que condiciona la producción de frutos y semillas. Por ese motivo, las plantas disponen de mecanismos que permiten regular de forma precisa el tiempo de floración en respuesta a factores endógenos y ambientales. Empleando Arabidopsis thaliana y otras especies de Brassicaceae emparentadas con ella, entre las que se incluyen plantas cultivadas, durante los últimos cinco años hemos investigado diversos mecanismos moleculares implicados en el control del tiempo de floración.

Regulación del tiempo de floración mediada por remodelación de la cromatina

Los procesos de remodelación de la cromatina son esenciales en el establecimiento y mantenimiento de patrones de expresión génica que dirigen las transiciones de fase del desarrollo vegetal. Por ello, uno de nuestros intereses principales es analizar la implicación de procesos epigenéticos en el control del tiempo de floración. En este contexto hemos caracterizado la función de dos proteínas homólogas y específicas de plantas, EBS y SHL, portadoras de dominios funcionales que reconocen específicamente modificaciones postraduccionales de las histonas. Ambas proteínas interaccionan con complejos remodeladores de la cromatina para reprimir el inicio de la floración a través de la regulación directa de genes maestros que actúan como interruptores de la floración.

Asimismo, hemos establecido recientemente un modelo sobre el proceso de restablecimiento de marcas epigenéticas tras la replicación del DNA en plantas. Utilizando el tiempo de floración en Arabidopsis como sistema experimental, hemos desvelado un papel para la DNA polimerasa ϵ (ESD7) en el mantenimiento de marcas represoras en la cromatina a través de su interacción con proteínas del Grupo Polycomb (PcG), demostrando la implicación de esta DNA polimerasa en el silenciamiento transcripcional de genes claves de tiempo de floración mediante el reclutamiento de estos complejos represores de la expresión génica.

Otros trabajos recientes del grupo han desvelado la implicación del intercambio de variantes histónicas no canónicas como H2A.Z mediado por el complejo SWR1 en el control del tiempo de floración. Nuestra caracterización de diversas subunidades del complejo SWR1 ha demostrado su participación central en la represión de la floración. Entre las subunidades de este complejo remodelador de la cromatina se encuentran algunas que son compartidas con otro complejo, NuA4, con actividad histona acetil transferasa y que está funcionalmente relacionado con SWR1. Esto nos ha llevado a explorar la implicación de NuA4 en el control de la transición floral. Nuestras observaciones indican que diversas subunidades de este complejo acetil transferasa también son esenciales para una regulación adecuada del tiempo de floración, y uno de nuestros intereses científicos actuales es profundizar en el conocimiento de la función de NuA4 en modular la transición floral.

Implicación de la degradación selectiva de proteínas en el control del tiempo de floración

Nuestra caracterización de mutantes de Arabidopsis con alteraciones en el tiempo de floración nos ha permitido revelar la participación de procesos de degradación de proteínas en la regulación de la respuesta fotoperiódica de floración. Hemos demostrado que la E3 ubiquitina ligasa HOS1/ESD6 es necesaria para modular la estabilidad de proteínas que tienen un papel esencial en la percepción de la longitud del día en plantas y en la regulación de la transición floral en respuesta a fotoperiodo. Asimismo, nuestras observaciones han sugerido la implicación de fotorreceptores tipo fitocromo en esta respuesta, confirmando que la integración de señales luminosas con la maquinaria celular de degradación selectiva de proteínas es primordial para modular el desarrollo vegetal y específicamente la transición floral.

La respuesta de floración a temperatura ambiental en cultivos de Brassica

La agricultura se enfrenta al reto de asegurar una producción estable y sostenible de los cultivos en un entorno fluctuante. El rendimiento de los cultivos depende de la respuesta adaptativa de caracteres clave del desarrollo a condiciones medioambientales variables asociadas al cambio climático. En este contexto, nuestro laboratorio está centrado en comprender los mecanismos que median la respuesta de floración de cultivos de diversas especies de Brassica a la alta temperatura ambiental. Actualmente estamos analizando la influencia de temperaturas elevadas en la floración de dichos cultivos y como diferentes mecanismos epigenéticos median esta respuesta en especies cultivadas como B. napus, B. rapa y B. oleracea.

La línea de trabajo del investigador Ramón y Cajal Pedro Crevillén se describen en su propia página web.

Miembros

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