Ancestral Functions of DELLA Proteins

Abstract

[ES] Las plantas necesitan acomodar su crecimiento a las condiciones ambientales. Con el objetivo de ajustar su desarrollo a las señales externas, usan una serie de mecanismos moleculares. Uno de estos son las rutas de señalización hormonal, que participan en integrar la información externa con programas de desarrollo propios. Una de las hormonas más relevantes en la biología vegetal son las giberelinas (GAs). La señalización por GAs se inicia con la percepción de la hormona a través del receptor GID1, y continúa por la degradación de las reguladoras transcripcionales DELLA. Sin embargo, solo las plantas vasculares tienen un sistema de percepción de GAs completo. Entender la relevancia de la señalización por GAs requiere estudiar cómo se ensambló la ruta y qué funciones atribuidas a las GAs estaban ya codificadas en las proteínas DELLA ancestrales. Aquí mostramos mediante análisis filogenéticos y bioquímicos que las proteínas DELLA emergieron inequívocamente en un ancestro común de las plantas terrestres, y que el reclutamiento de las DELLAs al módulo de percepción de GAs depende de la presencia de un dominio de transactivación conservado que fue co-optado por el receptor GID1 ancestral para actuar como un degrón dependiente de GAs. Este dominio de transactivación parece regular la co-activación transcripcional de genes concretos por las DELLAs en todas las plantas terrestres mediante el reclutamiento de complejos Mediator a través de su subunidad MED15. Por último, nos hemos centrado en entender las funciones de las proteínas DELLA en briófitas, un clado sin señalización por GAs. Hemos descubierto el rol de la DELLA de Marchantia polymorpha como coordinadora entre las respuestas de crecimiento y estrés, sugiriendo que dicha función estaba ya codificada en proteínas DELLA del ancestro común de plantas terrestres y se ha mantenido durante más de 450 millones de años.

[CA] Les plantes necessiten acomodar el seu creixement a les condicions ambientals. Amb l'objectiu d'ajustar el seu desenvolupament als senyals externs, usen una sèrie de mecanismes moleculars. Un d'aquests són les rutes de senyalització hormonal, que participen en integrar la informació externa amb programes de desenvolupament propis. Una de les hormones més rellevants en la biologia vegetal són les giberel·lines (GAs). La senyalització per GAs s'inicia amb la percepció de l'hormona a través del receptor GID1, i continua per la degradació de les reguladores transcripcionals DELLA. No obstant això, només les plantes vasculars tenen un sistema complet de percepció de GAs. Entendre la rellevància de la senyalització per GAs requereix estudiar com es va assemblar la ruta i quines funcions atribuïdes a les GAs estaven ja codificades en les proteïnes DELLA ancestrals. Ací mostrem mitjançant anàlisis filogenètiques i bioquímiques que les proteïnes DELLA van emergir inequívocament en un ancestre comú de les plantes terrestres, i que el reclutament de les DELLAs al mòdul de percepció de GAs depén de la presència d'un domini de transactivació conservat que va ser co-optat pel receptor GID1 ancestral per a actuar com un degró dependent de GAs. Aquest domini de transactivació sembla regular la co-activació transcripcional de gens concrets per les DELLAs en totes les plantes terrestres mitjançant el reclutament de complexos Mediator a través de la seua subunitat MED15. Finalment, ens hem centrat en entendre les funcions de les proteïnes DELLA en briòfites, un clade sense senyalització per GAs. Hem descobert el rol de la DELLA de Marchantia polymorpha com a coordinadora entre les respostes de creixement i estrés, suggerint que aquesta funció estava ja codificada en proteïnes DELLA de l'ancestre comú de plantes terrestres i s'ha mantingut durant més de 450 milions d'anys.

[EN] Plants need to accommodate their growth habits to environmental conditions. For this aim, several mechanisms are used to adjust developmental responses to exogenous signals. Among them, hormonal signalling pathways participate by integrating external information with endogenous programs. One of the most relevant hormones in plant biology are gibberellins (GAs). GA signalling involves perception of the hormone by the GA receptor GID1 and subsequent degradation of the DELLA transcriptional regulators. However, only vascular plants possess a full GA perception system. Understanding the relevance of GA signalling requires elucidating how this pathway was assembled and which of the functions attributed to GAs were encoded in the ancestral DELLA proteins. Here we show by phylogenetic and biochemical analyses that DELLA proteins emerged unequivocally in a land plant common ancestor and that their recruitment into the GA-perception module relies in the presence of a conserved transactivation domain co-opted by an ancestral GID1 receptor to act as a GA-dependent degron. Moreover, this transactivation domain seems to regulate DELLA-dependent transcriptional co-activation of selected target genes by recruitment of Mediator complexes through the MED15 subunit in all land plants. Finally, we have focused on understanding the functions of DELLA proteins in bryophytes, a clade with no GA signalling. We have uncovered the role of Marchantia polymorpha DELLA protein as a coordinator between growth and stress responses, suggesting that this function was already present in the DELLA protein of a land plant common ancestor and has been maintained for over 450 millions of years.