ESTUDIO DEL DESARROLLO DEL SISTEMA RADICULAR Y SU ADAPTACIÓN AL SUELO Y FACTORES AMBIENTALES: DE PLANTAS MODELO A CULTIVOS

Responsable: Mónica Pernas Ochoa - Científico/a Titular INIA

Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. 913364560 / ( Lab 105 )

Personal:

 

Uno de los mayores desafíos a los que enfrenta la investigación en plantas es cómo mejorar la producción de los cultivos en un planeta en el que las condiciones ambientales son cada vez más impredecibles y extremas. Las raíces son los órganos de las plantas encargados de absorber el agua y los nutrientes que son los factores más a menudo limitantes en el suelo. Además, se encuentran en la primera línea de defensa en la respuesta a los distintos estreses producidos por sequía, inundación, calor o falta de nutrientes. El desarrollo de un sistema radicular eficiente y bien adaptado a cambios en las condiciones del suelo es crucial para la supervivencia de las plantas. Un mejor conocimiento de los factores genéticos y moleculares que regulan el desarrollo de las raíces nos permitirá  diseñar cultivos con mayor productividad y mejor adaptación a las condiciones climáticas cambiantes. Dentro de ese contexto, la investigación de nuestro grupo esta centrada en desarrollar nuevas herramientas genéticas y moleculares que nos permitan responder a este reto. Nuestras líneas de investigación se dividen en tres áreas:

Analisis del Desarrollo de las Células Madre en la Familia Brassicaceae

 

Las raíces son cruciales en la captación de agua y nutrientes. El crecimiento radicular es capaz de adaptarse a distintas condiciones ambientales mediante el cambio de sus programas fisiológicos y de desarrollo. El desarrollo de las células madre se encuentran en el centro de la maquinaria que dirige el crecimiento de las raíces. Entender los mecanismos moleculares que regulan esta plasticidad de las raíces requiere de un mejor conocimiento de la biología de las células madre de la raíz. Recientemente hemos identificado el factor de transcripción, SCZ, como un regulador del desarrollo de las células madre en la raíz de Arabidopsis. Estamos usando SCZ como herramienta molecular para descubrir mecanismos y componentes moleculares nuevos de dicha regulación en diferentes especies de la familia Brassicaceae con especial atención a especies con potencial interés agronómico.

Usando una combinación de aproximaciones genómicas, genéticas y moleculares estamos intentando de responder a cuestiones fundamentales de la biología de las células madre: como las células madre se organizan, como adquieren su identidad o como llevan a cabo su transición a células diferenciadas.  La respuesta a todas estas cuestiones nos ayudara a entender como de un pequeño grupo de células un órgano completo como la raíz se forma. En resumen, un mejor conocimiento de los procesos que regulan el crecimiento radicular nos permitirá producir cultivos en mejores condiciones de afrontar los retos de productividad y adaptación a los cambios climáticos del futuro. Para ver un catálogo de imágenes ilustrativas de la arquitectura radicular de diferentes espacies de la familia Brassicaceae a nivel celular y tisular, visita The BrassRoot Gallery


Adquisición de Sistemas Tisulares Complejos en las Raíces y su Adaptación a Diferentes Suelos durante la Evolución de las Plantas

 

objetivo es intentar entender como la formación de sistemas tisulares más complejos esta genéticamente regulado y como han sido adquiridos  a lo largo de la evolución de las plantas. El análisis preliminar de la variación de unos de estos sistemas tisulares, cortex-endodermis, en diferentes especies a lo largo de la familia Brassicaceae ha revelado una extraordinaria diversidad fenotípica. Vamos a usar esta diversidad para investigar los mecanismos evolutivos y genéticos que regulan esta variación en la organización tisular.
 

Adicionalmente, hemos llevado a cabo un análisis inicial de la variabilidad en la organización del sistema radicular en la familia Brassicaceae y su correlación con el crecimiento en suelos sometidos a diferentes estreses medioambientales. Este análisis nos ha permitido identificar varias especies con una organización radicular específica que les confiere una mejor adaptación a estos hábitats extremos. El posterior estudio de las bases genéticas y evolutivas de la variedad fenotípica en la organización radicular de estas especies abrirá la posibilidad de utilizar este carácter en la mejora de la adaptación de plantas de interés agronómico al cambio climático.

Origen Evolutivo de las Raíces en las Plantas Terrestres

 

Uno de los mayores hitos en la historia de nuestro planeta fue la colonización del medio terrestre por la plantas. Esta conquista no solo permitió la llegada posterior de las distintas especies de animales sino que cambio de forma definitiva la biosfera terrestre. Uno de las innovaciones más importante para dicha colonización fue el desarrollo de las raíces. La formación de las raíces facilito la  expansión de las plantas sobre el medio terrestre y altero de forma profunda los ciclos geoquímicos al reducir los niveles de CO2 por efecto de la erosión. A pesar de la importancia de dicho proceso es muy poco lo que conocemos de las bases evolutivas, genéticas o moleculares del origen de las raíces. En nuestro grupo pretendemos identificar importantes reguladores genéticos y moleculares de la adquisición de las raíces durante la evolución de las plantas. Para ello estamos estudiando el papel de genes reguladores del desarrollo del meristemo radicular en el grupo de plantas más basales dentro de las Embriophytas, las Bryophytas. Las plantas con mejores sistema radiculares son mas eficientes en el consumo de agua y nutrientes así como en la resistencia a patógenos y al efecto de condiciones ambientales adversas.

Un mejor conocimiento de los mecanismos evolutivos que regularon la formación de las raíces tiene el potencial biotecnológico de ayudar a la agricultura a diseñar mejores cultivos que podrán enfrentarse a los desafíos del aumento global de la población mundial y los impactos de un clima cada vez mas cambiante. Por ultimo, las aproximaciones evolutivas tienen mucho que ofrecer a la agricultura y a la biotecnología. Gran parte de la diversidad que ofrecen las plantas se basa en determinados caracteres que las permiten crecen en un amplio rango de condiciones medio ambientales. Conocer mejor cuales son los reguladores de dichos caracteres desde un marco comparativo nos permitirá entender y aprovechar dicha biodiversidad de forma mas adecuada.

PROYECTOS
  • Marie Curie Career Integration Grant. Development and evolution of tissue complexity in plants: the Brassicaceae stem cell development. FP7-PEOPLE-2011-CIG-303831 (2012-2015).

 

Representative Publications

Martinka M, Dolan L, Pernas M, Abe J, and Lux A.2012. Endodermal cell-to-cell contact is required for the spatial control of Casparian band development in Arabidopsis thaliana. Annals of Botany, May, 1-11.


Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas UPM – INIA Parque Científico y Tecnológico de la U.P.M. Campus de Montegancedo
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