ap2-170

La ruta FUL-AP2 y la longevidad de los meristemos
Bases moleculares y potencial biotecnológico
Irene Martínez
Programa de doctorado en
Biotecnología
1
Fernández
Directora: Cristina
1
Ferrándiz .
Tutor: Carmelo López del
2
Rincón
1 Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (CSIC-UPV)
2 Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana (COMAV).
RESUMEN
Rutas genéticas de control del mantenimiento del SAM
Todos los órganos de la planta se desarrollan a partir de los meristemos. En Arabidopsis thaliana, una
planta monocárpica, durante la fase vegetativa el meristemo apical del tallo (SAM) forma hojas de
roseta y tras la transición floral comienza a formar hojas caulinares en una primera fase inflorescente y
flores en una segunda fase (Bowman, 1994; Meyerowitz y Somerville, 1994).
El número de flores que llega a producir una planta monocárpica depende del tiempo durante el que
se mantiene activa la actividad proliferativa del SAM. Es por esto por lo que el estudio de los factores
genéticos que controlan el cese de la actividad del SAM adquiere gran importancia. El conocimiento
exacto de los genes que regulan el mantenimiento de las células meristemáticas ayudaría en los
programas de mejora de los cultivos a la obtención de variedades más productivas.
En estudios previos se ha descrito que APETALA 2 (AP2), un factor de transcripción de la tipo AP2/ERF,
además de estar implicado en el establecimiento de identidad de órganos florales externos (Bowman
et al., 1991;), también participa en la regulación de la actividad meristemática, posiblemente a través
de la regulación del ciclo de retroalimentación entre WUSCHEL (WUS) y CLAVATA 3 (CLV3) (Wurschum
et al, 2006). A medida que avanza la edad de la planta, aumenta el nivel de expresión de ciertos
factores que reprimen la expresión de AP2, como FRUITFULL(FUL) (Balanzá, 2011) y el microRNA 172
(miR172) (Wu et. al. 2009). Como resultado al final del ciclo de vida de la planta el nivel de expresión
de AP2 se reduce y por tanto también el de WUS, deteniéndose la actividad meristémática (Balanzá,
2011). Como en los mutantes ful y ap2-170 (un alelo de AP2 parcialmente insensible a la represión del
miR172), la expresión de AP2 permanece activa durante más tiempo, también se prolonga la
activación de WUS y los meristemos son más longevos.
miR172
CLV3
AP2
FUL
WUS
semillas
OBJETIVOS
1. Estudio de la ruta genética FUL-AP2 de control del cese de la actividad meristemática en Arabidopsis thaliana.
Identificación de nuevos factores relacionados funcionalmente con FUL y AP2.
2. Búsqueda de nuevos mutantes con alteraciones en la parada de la actividad del meristemo apical del tallo mediante el rastreo de
poblaciones mutageneizadas de Arabidopsis thaliana. Identificación de los genes afectados.
3. Diseño de estrategias biotecnológicas basadas en la manipulación de la ruta FUL-AP2 para aumentar la producción de frutos y semillas.
4. Estudio de la conservación funcional de la ruta FUL-AP2 de control de la actividad del meristemo en otras especies de interés agrícola.
1
2
Efecto de los factores de transcripción
de la familia AP2/ERF sobre la parada
de la actividad meristemática
Rastreo de poblaciones estériles
mutageneizadas para encontrar
nuevos mutantes que permitan
identificar los factores genéticos
por los cuales el número de
semillas producidas controla la
parada del SAM
35S:miR172
débil débil
35S:miR172
Col
ful-2
ap2-12
ful-2
35S:miR172
débil
ful-2
35S:miR172
3
Los mutantes ful y ap2-170
producen más frutos, pero con
defectos en su desarrollo
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
Nº frutos en el tallo principal
Ler
ap2-170
ful-1
Ler
ful-1
ap2-170
TFL1
Expresando un RNAi contra FUL y el alelo
ap2-170 bajo el control de promotores
especificos de SAM hemos conseguido
plantas más productivas y sin defectos en su
desarrollo
FD
Mutagenesis EMS
Nº flores producidas en el tallo principal
80
70
5’
Flores/infloresc. 1al
60
#1
50
#2
#3
#4
#5
#6
pTFL1
5’
3’
AP2170
50
Mutagenesis Activation Tagging
40
30
20
20
10
0
Col
10
ap2-12
ful-2 ap2-12
35S:miR172
35S:miR172
fenot. Fuerte fenotipo débil
ful2
ful2
35S:miR172
35S:miR172
fenot. Fuerte fenotipo débil
TOE1, TOE2, TOE3, SNZ y SMZ podrían estar
participando junto a AP2 en la activación de WUS en
el SAM y su nivel de expresión estaría controlado
por FUL y miR172.
4
13
8
3
15
1
21
T1
Crecimiento de cer6
con humedad elevada
para conseguir semillas
T2
Selección de plantas donde el
SAM pare su actividad antes o
después que en el control
aumento producción 35-40%
Fourquin y Ferrandiz
(no publicado)
3’
40
30
20
10
0
3
5
6
1
Col 15 17 13 19 30 16 12 27
Col 4
2
3
5
6
Col 7
21 24 22 23
TFL1>>AP2170
Col
TFL1>>AP2-170
TFL1>>RNAi-FUL
Incremento de producción de frutos 10-40%
Identificación del gen mutado mediante rescate
plasmídico.
pFD
3’
AP2170
5’
pFD
AP2m3
3’
Se presentan defectos
en la determinación del
meristemo floral
Aumentar la producción de frutos
de los cultivos.
El conocimiento que se adquiera
con estos trabajos sobre las rutas
genéticas que controlan la parada
de la actividad meristemática en
plantas
monocárpicas
podría
ayudar a la obtención de cultivos
más productivos.
FUL
50
APLICACIONES
Caracterización de los ortólogos de FUL
en Pisum sativum y evaluación del
rendimiento en diferentes condiciones
de cultivo.
intrón
FUL
Col
aumento producción 25-35%
5’
4
pTFL1
60
Col 4
5
TFL1>>AP2m3
ful2
2
Col
Col
11
menor producción
aumento producción 10-25%
0
5’
80
70
60
50
40
30
20
10
0
60
30
3’
AP2m3
Nº frutos en el tallo principal
70
40
pTFL1
5’
pFD
Biografía:
FUL
intrón
FUL
3’
Se esperan resultados mejores o
similares a los obtenidos con las
construcciones TFL1>>AP2-170 y
TFL1>>AP2m3
Meyerowitz, E. M. y Somerville, C. R. (1994). Arabidopsis. Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
Balanzá Pérez, Vicente (2011). Tesis doctoral: Nuevas Funciones y Dianas Moleculares del Factor de Transcripcion FRUITFULL en Arabidopsis thaliana.
Bowman, J. L., Smyth, D. R. y Meyerowitz, E. M. (1991). Genetic interactions among floral homeotic genes of Arabidopsis. Development 112, 1-20.
Bowman, J. L. (1994). Arabidopsis: an atlas of morphology y development, (ed., pp. 450. New York: Springer.
Wu, G., Park, M. Y., Conway, S. R., Wang, J. W., Weigel, D. y Poethig, R. S. (2009). The sequential action of miR156 y miR172 regulates developmental
timing in Arabidopsis. Cell 138, 750-9.
Wurschum, T., Gross-Hardt, R. y Laux, T. (2006). APETALA2 regulates the stem cell niche in the Arabidopsis shoot meristem. Plant Cell 18, 295-307.