Caracterización de mecanismos implicados en la regulación de la respuesta a estrés por frío en plantas

Abstract

[ES] En un contexto de calentamiento global, el estrés abiótico se ha convertido en una de las mayores amenazas para la productividad agrícola. El estrés por frío es uno de estos factores limitantes. Por lo tanto, estudiar a nivel molecular la respuesta de la planta a este tipo de estrés e identificar los genes o los microRNAs cuya función es determinante en la resistencia a este tipo de estrés puede aportar información fundamental para desarrollar plantas tolerantes a frío y así poder aumentar la producción de alimentos en condiciones ambientales adversas.

En esta tesis pretendemos dar un enfoque transversal para poder identificar genes implicados en la respuesta a estrés. Por un lado utilizamos un enfoque de biología molecular clásica, y por otro una visión basada en la biología de sistemas y en la secuenciación a gran escala. Mediante esta estrategia hemos sido capaces de identificar y caracterizar el gen BvCOLD1 de Beta vulgaris que codifica una aquaporina localizada en el retículo endoplásmico y que al ser sobrexpresado en plantas de Arabidopsis thaliana confiere tolerancia a frío y a condiciones limitantes de Boro (B). Por lo que demostramos que es un gen fundamental para el transporte de este oligoelemento esencial.

En paralelo desarrollamos un abordaje de biología de sistemas a partir de plantas de melón (Cucumis melo) sometidas a estrés por frío. Lo que nos permitió identificar 20 familias de miRNA implicadas en la respuesta en condiciones de frío. En el tercer capítulo profundizamos en la regulación de uno de estos miRNA (miR319) y descubrimos que el frío induce el procesamiento de una forma alternativa de esta molécula.

[CA] En un context d'escalfament global, l'estrès abiòtic s'ha convertit en una de les majors amenaces per a la productivitat agrícola global. L'estrès per fred és un d'aquests factors limitants. Per tant, Estudiar a nivell molecular la resposta de la planta a fred i identificar els gens o els microRNA la funció dels quals és determinant en aquestes condicions pot aportar informació fonamental per desenvolupar plantes tolerants a aquest estrès i així poder augmentar la producció d'aliments en condicions adverses.

En aquesta tesi hem utilitzat un enfocament transversal per poder identificar gens implicats en la resposta a estrès. D'una banda hem fet servir mètodes de biologia molecular clàssica, que ens ha permès identificar i caracteritzar el gen BvCOLD1 de Beta vulgaris que codifica una aquaporina localitzada en el reticle endoplasmàtic i que en ser sobrexpresada en plantes d'Arabidopsis thaliana conferia tolerància a fred i a condicions limitants de bor. Pel que hem demostrat que és un gen fonamental per al transport d'aquest oligoelement essencial.

En paral·lel hem desenvolupat un abordatge de biologia de sistemes a partir de plantes de meló (Cucumis melo) sotmeses a estrès per fred. El que ens va permetre identificar 20 famílies de miRNA implicades en la resposta en condicions de fred. Hem aprofundit en la regulació d'un d'aquests miRNA (el mi319) i hem descobert que el fred indueix la formació d'una forma alternativa d'aquesta molècula.

[EN] In a context of global warming, abiotic stress has become one of the greatest threats to global agricultural productivity. Cold stress is one of these limiting factors. Therefore, Studying the plant response at the molecular level and identifying the genes or microRNAs whose function is determinant in these conditions can provide fundamental information to develop plants tolerant to this stress and thus be able to increase the production of food under adverse conditions.

In this Ph.D. Thesis we have used a transversal approach to identify genes involved in stress response. We have used two different approaches. First we used classical molecular biology methods, which has allowed us to identify and characterize the BvCOLD1 gene of Beta vulgaris that encodes an aquaporin located in the endoplasmic reticulum and which upon overexpression in Arabidopsis thaliana conferred tolerance to cold and limiting conditions of Boron. So we showed that it is a fundamental gene for the transport of this essential trace element.

In parallel, we undertook a systems biology approach based on melon plants (Cucumis melo) subjected to cold stress. This allowed us to identify 20 families of miRNA involved in the response to cold conditions. We have further studied the regulation of one of these miRNAs (miR319) and discovered that cold induces the alternative processing of its precursor.