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Se describe un mecanismo que coordina el crecimiento del embrión necesario para la germinación de las semillas

Un grupo de científicos del CBGP, en un estudio coordinado por el Dr. Luis Oñate Sánchez, ha identificado dos proteínas (factores de transcripción del tipo homeodominio) que regulan la expresión génica sólo en la epidermis tras la percepción de la hormona giberelina. El mecanismo se describe en un artículo publicado en la revista The Plant Cell y es requerido para una correcta germinación de las semillas.

Las giberelinas (GA) son un conjunto de hormonas de plantas que desempeñan un papel central en la regulación del crecimiento y desarrollo de las plantas cuyos niveles son alterados en respuesta a factores ambientales y de desarrollo. La semilla de las plantas es un sistema excelente para estudiar la señalización (procesos moleculares desencadenados tras la percepción de la hormona) mediada por GA dado que es imprescindible para su germinación. Desde un punto de vista mecánico, el potencial de una semilla para germinar reside en el balance entre la restricción física impuesta por los tejidos que rodean al embrión y la capacidad del embrión para crecer y atravesar dichos tejidos. Las GA estimulan la germinación al favorecer el debilitamiento de los tejidos que rodean al embrión y el crecimiento del mismo. Un grupo de científicos del CBGP han demostrado que la señalización mediada por GA en la epidermis del embrión es necesaria para una correcta germinación y han caracterizado los mecanismos moleculares responsables de dicha regulación. La identidad de los genes regulados sugiere que este mecanismo es el responsable de coordinar la elongación celular entre las células de la epidermis y las de tejidos internos para garantizar un crecimiento ordenado del embrión.

Los resultados de esta investigación han sido publicados en la prestigiosa revista The Plant Cell y han sido coordinados por el Dr. Luis Oñate Sánchez en el CBGP (UPM-INIA). Los autores han abordado el estudio de la señalización mediada por GA partiendo del análisis de un gen que codifica una lipasa (LIP1), que se expresa exclusivamente en las células de la epidermis y es inducido en presencia de GA y reprimido por proteínas DELLA. Estas proteínas se localizan en el núcleo de las células e impiden la expresión de genes en respuesta a GA al interaccionar con otras proteínas (factores de transcripción; TFs) e impidiendo que se unan al DNA. Cuando la planta sintetiza GA, las proteínas DELLA son degradadas, liberando así a los TFs bloqueados y pudiendo éstos unirse al DNA e inducir la expresión de sus genes diana.

 

 

En el promotor del gen LIP1 se ha identificado una secuencia de ADN (caja L1), también presente en los promotores de otros genes que se expresan específicamente en la epidermis, como responsable de la inducción de la expresión génica en respuesta a GA. Además, la secuencia L1 también aparece con una mayor frecuencia de la esperada por azar en los promotores de genes inducidos por GA y reprimidos por DELLAs, lo que indica que es una secuencia de DNA usada de forma común para responder a la hormona. La secuencia L1 es reconocida por dos TFs de tipo homeodominio (ATML1 and PDF2) que se expresan específicamente en la epidermis e interaccionan con proteínas DELLA. Tanto una reducción en los niveles de ATML1/PDF2 como el bloqueo de la respuesta a GA sólo en la epidermis ocasiona una reducción de la expresión en los genes de epidermis y un retraso en la germinación.

Las células de la epidermis pueden restringir o permitir el crecimiento del embrión. Varios de los genes de epidermis regulados por ATML1/PDF2 codifican enzimas que catalizan el primer paso de la elongación de ácidos grasos de cadena larga (VLCFA), compuestos que controlan el crecimiento (elongación celular) y restringen la división celular en tejidos internos. El crecimiento también requiere una menor rigidez de las paredes celulares, proceso en el que intervienen las expansinas. La expansina 8, una de las más importantes en estos procesos, también está regulada por ATML1/PDF2.

En función de estos resultados, los autores han propuesto un modelo para esta regulación: En ausencia de GA, las proteínas DELLA secuestrarían a ATML1/PDF2 y, por tanto, bloquearían las respuestas a la hormona en la epidermis. Cuando las semillas se preparan para germinar, se sintetiza GA que provoca la degradación de las proteínas DELLA y la liberación de los TFs ATML1/PDF2. Ahora, estos dos TFs pueden unirse a las secuencias L1 de los genes que regulan, activando su expresión y desencadenando los eventos moleculares que conducirán a la elongación de las células de la epidermis en coordinación con el crecimiento celular en tejidos internos.

Arabidopsis DELLA and two HD-ZIP transcription factors regulate GA signalling in the epidermis through the L1-box cis-element - DOI: dx.​doi.​org/​10.​1105/​tpc.​114.​127647

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