Characterization of the DELLA-SMR1 interaction in Arabidopsis thaliana

Abstract

[EN] Plants are sessile organisms that need to constantly adapt to changing environmental conditions. In the presence of a stress, plants promote the defensive responses at the expense of reducing growth, a process that is known as the growth-defense trade-off. The signaling pathway established by the phytohormone gibberellins (GA) and DELLA proteins is central for the regulation of this trade-off. GA levels respond to environmental and endogenous signals and transmit this information through the degradation of DELLA proteins. DELLAs interact with many other proteins, mainly transcription factors, to inhibit cell growth and division and to activate the defense mechanisms. An ambitious objective of biotechnological interest is to break the balance between growth and defense, that is to obtain plants able to activate an efficient defensive response without compromising growth. We have explored this possibility through the analysis of the interaction between DELLA proteins and SMR1, a negative regulator of cell cycle progression. We first confirmed previous work in the group, showing that DELLA proteins bind to genomic regions close to the SMR1 gene. We also show that DELLAs repress inflorescence growth through the upregulation of SMR1 expression. Thus, the smr1-1 loss-of-function restores flowering-time and partially suppresses dwarfism in gai-1D mutants. Finally, we have optimized protocols and generated the tools necessary to evaluate if the defensive response of gai-1D mutants is affected by enhanced shoot growth in gai-1D;smr1-1 plants.

[ES] Para contrarrestar su incapacidad de movimiento, las plantas han desarrollado una estrategia muy eficiente: monitorizar de manera continua las condiciones ambientales y utilizar esta información para optimizar el uso de su maquinaria celular. Un ejemplo claro es que las plantas sometidas a algún tipo de estrés (sequía, alta concentración de sal, temperaturas extremas...) frenan su crecimiento y simultáneamente activan el programa de defensa. Esta respuesta doble está coordinada por las proteínas DELLA que, mediante la interacción con factores de transcripción, inhiben el ciclo celular y activan respuestas que protegen frente al estrés. Con este proyecto querríamos contestar varias preguntas: (1) ¿cómo regulan las DELLA el ciclo celular? (2) ¿se pueden desacoplar las dos respuestas coordinadas por las DELLA? (3) El freno del crecimiento ¿supone por sí mismo una respuesta protectora frente a estrés? Para ello nos centraremos en el desarrollo de la inflorescencia, la región de la planta donde se producen los frutos y que, por tanto, tiene un elevado interés biotecnológico. En el trabajo reciente del laboratorio con la planta modelo Arabidopsis thaliana, hemos encontrado que una mutación en el gen SMR1 (un regulador negativo del ciclo celular) suprime muchos de los defectos en el crecimiento de los mutantes semi-enanos gai-1D (ganancia de función de DELLA). Sin embargo, la respuesta defensiva de las plantas gai-1D smr1-1 apenas parece verse afectada. Estas observaciones sugieren que es posible desacoplar las diferentes funciones DELLA. El proyecto que proponemos profundizará en este análisis a través de 2 objetivos principales: (1) caracterizar SMR1 como una diana directa de las proteínas DELLA y (2) caracterizar el mutante doble gai-1D;smr1-1 como una herramienta para desacoplar el balance entre crecimiento y defensa mediado por las DELLA.