Papel del interruptor binario de la diferenciación celular MINIYO/RIMA en el desarrollo del óvulo en Arabidopsis thaliana

Abstract

[ES] Debido a la importancia de las semillas como base de la alimentación, conocer los mecanismos moleculares que determinan su producción y el tamaño de las mismas es de especial interés para conseguir una mejora en el rendimiento de los cultivos. Es sabido que para que se produzca un desarrollo óptimo de la semilla es necesario, entre otros procesos, que se active correctamente la diferenciación celular en el óvulo. Sin embargo, a pesar de la importancia de este proceso en la formación de las complejas estructuras que constituyen los óvulos, se sabe muy poco sobre los mecanismos moleculares que subyacen a la activación de la diferenciación celular. En los últimos años, se ha descrito el papel que el interruptor binario compuesto por los genes MINIYO (IYO)/RIMA ejerce en la iniciación de la diferenciación celular. Dicho interruptor actúa sobre los meristemos apicales del tallo y de la raíz, así como en los primordios florales; sin embargo, se desconoce su implicación en el desarrollo de los óvulos. Curiosamente, los alelos mutantes de pérdida de función iyo-2 e iyo-3 presentan un alto porcentaje de semillas abortadas, lo que sugiere la importancia de IYO en el desarrollo del embrión. Además, el estudio de distintos alelos mutantes de IYO reveló su papel esencial en el desarrollo del endospermo, tejido necesario para la ampliación del óvulo y la progresión del embrión. Estos datos sugieren que IYO, y posiblemente RIMA, puedan participar en la diferenciación y el desarrollo del óvulo y, por consecuencia, tener un efecto en la formación de las semillas.

Por tanto, el objetivo del presente Trabajo Fin de Grado será determinar el posible papel de IYO y RIMA durante el desarrollo del óvulo en la planta modelo Arabidopsis thaliana. Para ello, se ha caracterizado el desarrollo de los óvulos y el tamaño de las semillas haciendo uso de los alelos hipomórficos iyo-1 y rima-2. Además, se ha estudiado el posible efecto de la pérdida de función del gen IYO en el proceso de fecundación, usando para ello la línea reportadora pLAT52:GUS. Finalmente, se han caracterizado líneas de sobreexpresión del IYO para demostrar si es posible complementar el fenotipo de embrio-letalidad observado en los alelos de pérdida de función de IYO. Los resultados de este estudio indican que los alelos mutantes iyo-1 y rima-2 presentan un alto porcentaje de óvulos con el saco embrionario reducido, así como un menor número de semillas por fruto. Se ha demostrado que los óvulos mutantes son capaces de atraer correctamente los tubos polínicos a lo largo del estigma, lo que sugiere que posiblemente la reducción en el número de semillas no sea debida a una deficiencia en la señalización ejercida por los óvulos, sino a problemas en la supervivencia de los embriones. En resumen, estos resultados indican que MINIYO y RIMA desempeñan un papel fundamental en el desarrollo reproductivo.

[EN] Due to the importance of seeds as the basis of animal and human nutrition, understanding the molecular mechanisms that determine their production and size is of crucial importance to improve crop yield. For optimal seed development, it is necessary, among other processes, to properly activate ovule cell differentiation. Activation of cell differentiation is an essential and critical point for the development of the complex structures that constitute ovules. However, despite its importance, very little is known about the molecular mechanisms underlying the activation of cell differentiation. Recent evidence unravels the role that the binary switch, composed of the genes MINIYO (IYO) and RIMA, plays in the initiation of cell differentiation. This molecular switch acts at the root and shoot apical meristems, and at the flower primordia; however, its role in ovule development is unknown. Interestingly, iyo-2 and iyo-3 loss-of-function mutants present a high percentage of aborted seeds, suggesting the importance of IYO in embryo development. In addition, characterization of different IYO mutant alleles revealed their essential role in endosperm development, a tissue necessary for ovule enlargement and embryo progression. Taken together, these data suggest that IYO, and possibly RIMA, may participate in activation of ovule cell differentiation and/or development, and, as a consequence, affect seed formation.

Therefore, the objective of this Final Degree Project will be to determine the possible role of IYO and RIMA during ovule development in the model plant Arabidopsis thaliana. To accomplish that, ovule development and seed size have been characterized using the hypomorphic alleles iyo-1 and rima-2. In addition, the possible effect of IYO loss of function in pollen fecundation has been studied, using the reporter line pLAT52:GUS. Finally, IYO overexpression lines have been characterized to demonstrate whether it is possible to complement the embryo-lethality phenotype observed in iyo loss-of-function alleles. Our results indicate that iyo-1 and rima-2 mutant alleles present a higher percentage of ovules with reduced embryo sac, as well as fewer seeds per fruit. Ovules have been shown to properly attract pollen tubes along the stigma, suggesting that possibly the reduction in seed number may not be due to a deficiency in the signaling exerted by ovules, but to problems in embryo survival. In summary, these results suggest that MINIYO and RIMA play a critical role in the reproductive development.