Caracterización funcional del mutante sep3-2 en el desarrollo y la longevidad de las semillas de Arabidopsis thaliana

Abstract

[ES] La biodiversidad vegetal se puede conservar ex situ en bancos de germoplasma, sin embargo, una de sus desventajas es la necesidad de regenerar una gran cantidad de semillas. La viabilidad de las semillas se ve afectada por las condiciones de almacenamiento. El deterioro de la semilla se ve promovido por la oxidación de ácidos nucleicos, proteínas y lípidos. Sin embargo, las semillas poseen mecanismos para reducir el impacto de las especies reactivas de oxígeno (Reactive Oxygen Species, ROS). Entre estos mecanismos se encuentra la formación del glassy citoplasm, la producción de antioxidantes, y la formación de la cubierta de la semilla. La cubierta de la semilla proporciona una barrera entre el embrión y el exterior, aportando protección química y fisiológica. Esta estructura proviene de los integumentos que forman parte del ovario de la flor. El desarrollo de estos integumentos está regulado por genes que codifican para factores de transcripción de la familia MADS-box, como SEEDSTICK (STK), TRANSPARENT TESTA16 (TT16) o GORDITA (GOA). En Arabidopsis thaliana, existe una familia de 4 genes llamados SEPALLATA, que codifican factores de transcripción tipo MADS-box y son fundamentales para el desarrollo floral. Diversos ensayos realizados previamente en el laboratorio sugirieron un papel de estos genes en el desarrollo y la longevidad de las semillas. En este trabajo se ha caracterizado el papel de SEP3 en estos procesos mediante el estudio de la longevidad y de la cubierta de las semillas del mutante de pérdida de función sep3-2 y el mutante de ganancia de función pUB::SEP3 que se desarrolló a lo largo de este trabajo. El mutante sep3-2 mostró tener una alta longevidad de semillas y un muy notable fenotipo de permeabilidad a las sales de tetrazolio, dos resultados que a priori son contradictorios. Tanto los análisis de localización de su expresión y los de la cubierta de las semillas sugirieron que SEP3 actúa en el desarrollo de las capas del integumento interno, sin embargo, no lograron esclarecer el fenotipo de permeabilidad a las sales de tetrazolio. Por otro lado, se vio que las semillas pUB::SEP3 tenían una longevidad significativamente alta y un tamaño mucho mayor. Análisis de expresión génica realizados con los dos mutantes sugirieron que su longevidad podría estar relacionada con una descompensación de los balances hormonales ABA/GA. En estudios futuros debería analizarse genes involucrados en la síntesis y señalización de estas hormonas y medir sus niveles en las semillas de ambos mutantes, además de comprobar la capa de cutina.

[EN] Plant biodiversity can be conserved ex situ in seed banks, however, one of its disadvantages is the need to regenerate a large number of seeds. Seed viability is affected by storage conditions. Seed deterioration is promoted by the oxidation of nucleic acids, proteins and lipids. However, seeds have mechanisms to reduce the impact of reactive oxygen species (ROS). Among these mechanisms is the formation of the glassy cytoplasm, antioxidant production, and the seed coat. The seed coat provides a barrier between the embryo and the outside, providing chemical and physiological protection. It is a structure that comes from the integuments that are part of the ovary of the flower. The integument development is regulated by genes that encode MADS-box family transcription factors, such as SEEDSTICK (STK), TRANSPARENT TESTA16 (TT16) or GORDITA (GOA). In Arabidopsis thaliana, there is a 4 gene family named as SEPALLATA, which encode MADS-box transcription factors and are fundamental for floral development. Several tests carried out previously in the laboratory suggested a role for these genes in seed development and longevity. We have characterized the role of SEP3 in these processes by studying seed longevity and the seed coat of the loss-offunction mutant sep3-2 and the gain-of-function mutant pUB::SEP3 that was developed in this study. The sep3-2 mutant has high seed longevity and a very remarkable permeability to tetrazolium salts phenotype, two contradictory results. Gene expression and seed coat analysis suggested that SEP3 acts in inner integument development, however, these analyses did not explain the permeability to the tetrazolium salts phenotype. On the other hand, pUB::SEP3 had significantly higher seed longevity and a much larger seed size. Gene expression analysis with both mutants suggested that their seed longevity could be related to a decompensation of the ABA/GA ratio. In future studies, genes involved in ABA and GA synthesis and signaling could be analyzed and hormone levels could be measured in both mutant seeds. We can also check the cutin layer in the mutant seeds.