Control de las vías de señalización de brasinoesteroides por las condiciones de luz y temperatura percibidas por las plantas

Abstract

El crecimiento de los diferentes órganos de la planta está controlado por señales hormonales endógenas, que pueden verse afectadas por señales ambientales. Entre estas señales, las condiciones de luz y temperatura juegan un papel clave. La sombra causada por plantas vecinas y la temperatura incrementa los niveles de auxina y por lo tanto promueve el crecimiento del tallo. Los brasinoesteroides (BR) son potentes promotores del crecimiento, y los mutantes insensibles o deficientes en BR apenas responden a las señales de sombra. BZR1 y BES1 son reguladores positivos de la vía de señalización de BR que pueden interactuar con factores de transcripción que median la evitación de la sombra, como los PIFs (PHYTOCHROME-INTERACTING FACTORS), que regulan sinérgicamente la expresión de los genes promotores del crecimiento. En esta tesis investigamos si las señales de sombra y temperatura afectan la señalización por brasinoesteroides a nivel de BES1. En plántulas de Arabidopsis thaliana, la promoción del crecimiento del tallo es inducida por condiciones de sombra y temperaturas cálidas en mutantes de ganancia de función bes1-1D, en comparación con el genotipo salvaje. Medimos los niveles de fluorescencia nuclear mediante microscopía confocal, en plantas transgénicas pBES1:BES1:GFP. Las plantas expuestas a altas temperaturas o a sombra mostraron un aumento de fluorescencia nuclear en hipocótilos y una disminución en los cotiledones. Al introgresar estas plantas transgénicas en fondos mutantes como cop1 y pif4, observamos cambios diferenciales en la abundancia nuclear de BES1, por lo tanto COP1 y PIF4 interaccionan de manera diferencial en hipocótilo y cotiledón para regular a BES1 en tratamiento de sombra o temperaturas cálidas. Además medimos la expresión de BES1, mediante qRTPCR, de manera independiente en ambos órganos y observamos una reducción en los niveles de expresión en respuesta a los tratamientos, particularmente en cotiledones. Los resultados expuestos en este trabajo muestran que un balance diferencial del control transcripcional y postranscripcional de BES1 por temperatura y sombra conduce a respuestas opuestas en el hipocótilo y los cotiledones, que a su vez se correlacionan con la respuesta de crecimiento.

The growth of the different organs of the plant is controlled by endogenous hormonal signals, which can be affected by environmental cues. Among these signals, light and temperature conditions play a key role. Both, shade caused by neighboring plants and warm temperatures increment auxin levels and thereby promote stem growth. Brassinosteroids (BR) are potent promoters of growth, and BR-deficient or insensitive mutants barely respond to shade signals. BZR1 and BES1 are positive regulators of the BR signaling pathway that can interact with transcription factors that mediate shade avoidance like PHYTOCHROME-INTERACTING FACTORS, synergistically regulating the expression of growth-promoting genes. In this thesis we investigate whether shade and temperature cues affect BR signaling at the BES1 level. In Arabidopsis thaliana seedlings, the promotion of hypocotyl growth induced by shade or warm temperature conditions is enhanced in the bes1-1D gain-of-function mutant, compared to the wild type. We measured nuclear fluorescence levels by confocal microscopy, using transgenic plants bearing pBES1: BES1: GFP. The plants exposed to high temperatures or shade showed increased nuclear fluorescence in the hypocotyl and decreased nuclear fluorescence in the cotyledons. The analysis of the aforementioned trangene in the cop1 and pif4 mutant backgrounds revealed differential changes in the nuclear abundance of BES1. Therefore, COP1 and PIF4 differentially affect BES1 in the hypocotyl and the cotyledons exposed to either shade or warm temperatures. We also measured BES1 gene expression, by qRT-PCR, independently in both organs and we observed a reduction in expression levels in response to the shade and warm-temperature treatments, particularly in the cotyledons. We propose that the differential balance of transcriptional and posttranscriptional effects of shade or warm-temperature on BES1 in the hypocotyl and cotyledons leads to opposite BES1 responses, which in turn cause the opposite growth response.