SILENCIAMIENTO GÉNICO EN PLANTAS

Investigador Principal: Elena Caro Bernat - Profesor/a Titular de Universidad
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Personal:

 

El desarrollo normal de plantas y animales depende de la precisa regulación de la expresión génica, que incluye una amplia gama de mecanismos utilizados por las células para aumentar o disminuir la producción de productos génicos específicos. Uno de esos mecanismos es el silenciamiento mediado por RNA, una modificación epigenética que conduce a la inactivación estable de genes previamente activos. En plantas, además proporciona una herramienta para regulación de la expresión específica de secuencia durante el desarrollo y la reproducción, y permite la adaptabilidad en respuesta a estrés biótico y abiótico.

Elena Caro y Juan Carlos del Pozo dirigen una línea de investigación conjunta sobre el estudio del papel de la epigenética, y más concretamente de los RNAs pequeños y de la metilación del DNA, en la respuesta a estreses abióticos como el calor y el déficit de fósforo. Este trabajo se realiza principalmente en Arabidopsis, pero tiene un gran potencial de traslación a cultivos ya que las investigaciones se realizan utilizando los dispositivos D-root y TGRooZ, que reproducen las condiciones de campo, manteniendo las raíces en la oscuridad y en un gradiente decreciente de temperatura.

El silenciamiento mediado por RNA, además de controlar la expresión de genes endógenos, también es eficaz para el control de virus y elementos repetitivos y transponibles, lo que indica que este mecanismo funciona como un sistema de defensa genética contra los ácidos nucleicos exógenos. Los transgenes se parecen a estos invasores celulares y también son objetivo de las reacciones del huésped basadas en el silenciamiento mediado por RNA. De hecho, aunque la transformación genética de las plantas se ha convertido en una herramienta esencial para la investigación en biología vegetal y para las aplicaciones biotecnológicas, su potencial se ve significativamente obstaculizado por el hecho de que la expresión transgénica suele ser baja y muy variable debido al silenciamiento transgénico. Nuestro laboratorio trata de comprender los detonantes del silenciamiento y eludir esta limitación para los proyectos SynBio.

 


FIGURE: Generation of a tool to search for construct features that promote/avoid gene silencing



Financiación

Improvement of plant phosphorous nutrition and thermotolerance: Identification of new molecular mechanisms and BioSolutions (PID2023-146528OB-I00). 2024-2027. Programa Estatal de Proyectos de I+D+i Retos Investigación, Ministerio de Ciencia e Innovación. Co-IPs: Juan Carlos del Pozo and Elena Caro. 200.000€ + 4-year PhD fellowship. 2024.

 


Publicaciones

Rueda-Varela, C., Carneros, E., Caro, E., Pérez-Pérez, Y., García-Rubia, A., Martínez, A., Gil, C., Testillano, P.S. 2025. Enhancing microspore embryogenesis initiation by reducing ROS, autophagy, and cell death with novel small molecules in rapeseed and barley. Journal of Plant Physiology 311, 154546. DOI: 10.1016/j.jplph.2025.154546

Agius, D.R., Kapazoglou, A., Avramidou, E., Baranek, M., Carneros, E., Caro, E., Castiglione, S., Cicatelli, A., Radanovic, A., Ebejer, J.-P., Gackowski, D., Guarino, F., Gulyás, A., Hidvégi, N., Hoenicka, H., Inácio, V., Johannes, F., Karalija, E., Lieberman-Lazarovich, M., Martinelli, F., Maury, S., Mladenov, V., Morais-Cecílio, L., Pecinka, A., Tani, E., Testillano, P.S., Todorov, D., Valledor, L., Vassileva, V. 2023. Exploring the crop epigenome: a comparison of DNA methylation profiling techniques. Frontiers in Plant Science 14. DOI: 10.3389/fpls.2023.1181039

Vergara, Z., Gomez, M.S., Desvoyes, B., Sequeira-Mendes, J., Masoud, K., Costas, C., Noir, S., Caro, E., Mora-Gil, V., Genschik, P., Gutierrez, C. 2023. Distinct roles of Arabidopsis ORC1 proteins in DNA replication and heterochromatic H3K27me1 deposition. Nature Communications 14, 1270. DOI: 10.1038/s41467-023-37024-8

González-García, M.P., Conesa, C.M., Lozano-Enguita, A., Baca-González, V., Simancas, B., Navarro-Neila, S., Sánchez-Bermúdez, M., Salas-González, I., Caro, E., Castrillo, G., del Pozo, J.C. 2022. Temperature changes in the root ecosystem affect plant functionality. Plant Communications 100514. DOI: 10.1016/j.xplc.2022.100514

Montes, N., Cobos, A., Gil-Valle, M., Caro, E., Pagán, I. 2021. Arabidopsis thaliana Genes Associated with Cucumber mosaic virus Virulence and Their Link to Virus Seed Transmission. Microorganisms 9, 692. DOI: 10.3390/microorganisms9040692

Eseverri, Á., Baysal, C., Medina, V., Capell, T., Christou, P., Rubio, L.M., Caro, E. 2020. Transit Peptides From Photosynthesis-Related Proteins Mediate Import of a Marker Protein Into Different Plastid Types and Within Different Species. Frontiers in Plant Science 11, 1474. DOI: 10.3389/fpls.2020.560701

Katsuya-Gaviria, K., Caro, E., Carrillo-Barral, N., Iglesias-Fernández, R. 2020. Reactive Oxygen Species (ROS) and Nucleic Acid Modifications During Seed Dormancy. Plants 9, 679. DOI: 10.3390/plants9060679

Eseverri, Á., López‐Torrejón, G., Jiang, X., Burén, S., Rubio, L.M., Caro, E. 2020. Use of synthetic biology tools to optimize the production of active nitrogenase Fe protein in chloroplasts of tobacco leaf cells. Plant Biotechnology Journal. DOI: 10.1111/pbi.13347

Diezma‐Navas, L., Pérez‐González, A., Artaza, H., Alonso, L., Caro, E., Llave, C., Ruiz‐Ferrer, V. 2019. Crosstalk between epigenetic silencing and infection by tobacco rattle virus in Arabidopsis. Molecular Plant Pathology 20, 1439–1452. DOI: 10.1111/mpp.12850

Baysal, C., Pérez-González, A., Eseverri, Á., Jiang, X., Medina, V., Caro, E., Rubio, L., Christou, P., Zhu, C. 2019. Recognition motifs rather than phylogenetic origin influence the ability of targeting peptides to import nuclear-encoded recombinant proteins into rice mitochondria. Transgenic Research. DOI: 10.1007/s11248-019-00176-9

Pérez-González, A., Caro, E. 2019. Benefits of using genomic insulators flanking transgenes to increase expression and avoid positional effects. Scientific Reports 9, 8474. DOI: 10.1038/s41598-019-44836-6