Control del desarrollo de las raíces en Yuca (Manihot esculenta)

Abstract

[ES] La raíz de acumulación de reservas de la yuca (Manihot esculenta) constituye el alimento principal de 500 millones de personas en Africa sub-Sahariana debido a su alta capacidad de acumular almidón. En el sistema radicular de la yuca, las raíces de acumulación de reservas coexisten con las raíces leñosas, las cuales absorben y transportan agua y nutrientes desde el suelo. Que una raíz sea leñosa o de acumulación depende de los tipos celulares xilemáticos que se desarrollan. Así, las raíces leñosas desarrollan vasos y fibras xilemáticas y apenas xilema parenquimático, mientras que en las de acumulación solo se desarrolla (masivamente) xilema parenquimático, que es el tipo celular que acumula el almidón. Actualmente se desconocen las bases genéticas y moleculares que median la determinación de la identidad de raíces leñosas o de acumulación. La hipótesis de partida de este proyecto es que los genes de la familia de factores de transcripción HD-ZIP III (CORONA, REVOLUTA, PHABULOSA, PHAVOLUTA y AtHB8) juegan un papel importante en dicha determinación de identidad. Esta hipótesis se basa en que, en Arabidopsis thaliana, estos genes regulan, entre otros procesos, la determinación de la identidad de xilema. Para validar nuestra hipótesis, el proyecto consistirá en abordar los siguientes objetivos: 1) Identificación mediante herramientas bioinformáticas de los genes ortólogos de la familia de HD-ZIP de clase III en yuca. 2) Analizar el perfil transcripcional de esta familia de genes en los distintos órganos y tejidos de la planta y 3) Llevar a cabo una caracterización molecular de un HD-ZIP de clase III, comprobando su unión y capacidad de activación a la región promotora de un gen marcador de raíz de acumulación. Se ha conseguido identificar ocho genes ortólogos de HD-ZIP III en la yuca y, tras analizar el perfil transcripcional de cada uno de ellos se han comprobado diferencias en su expresión en los distintos tejidos, siendo el MesHD-ZIP III-1 y 6 aquellos que más se expresan en la raíz de acumulación respecto a la fibrosa. Además, se han podido comprobar diferencias significativas en los niveles de expresión de cada uno de ellos en los distintos tejidos de la raíz de acumulación. Finalmente, se identificó una región promotora de un gen marcador que, potencialmente, está regulada por el HD-ZIPIII-1 y se iniciaron los experimentos para comprobar dicha activación.

[EN] The storage root of Cassava (Manihot esculenta) is best known for being the main staple food for over 500 million people in sub-Saharan Africa, due to its outstanding capacity for starch storage. Cassava¿s root system consists on two types of roots: the woody roots (specialized in transporting water and solutes from the soil) and the above mentioned storage roots, which massively store starch. Whether a root becomes woody or storage depends on the xylem cell types that it develops: woody roots develop xylem vessels and fibers, while storage roots develop, exclusively, xylem parenchyma -the cell type accommodating the starch-. The genetic and molecular bases by which a root acquires the woody or the storage identity is a question that remains elusive nowadays. In this respect, this project¿s hypothesis is that the HDZIPIII transcription factors (CORONA, REVOLUTA, PHABULOSA, PHAVOLUTA and ATHB8) play a key role in determining such root identity and in its development. The rationale behind this hypothesis is that, in the model system Arabidopsis thaliana, these proteins regulate, among other processes, the determination of the xylem identity. To validate our hypothesis, this project will address the following objectives 1) Identification of the HDZIPIII genes in cassava using phylogenetic analyses. 2) Analyses of the expression level of HDZIPIII genes in Cassava in cambium, xylem and phloem (the vascular tissues) using qRT-PCR. 3) Molecular characterization of a class III HD-ZIP, checking its ability to bind and activate the promoter region of an accumulation root marker gene. Eight HDZIPIIIs orthologs have been identified in cassava and, after analysing the transcriptional profile of each of them, differences in their expression were found in the different tissues, with MesHDZIPIII-1 and 6 being those which were more expressed in the storage root compared with the fibrous root. In addition, significant differences were found in the expression levels of each one of them in the different tissues of the storage root. Finally, a promoter region of a marker gene that is potentially regulated by HDZIPIII-1 was identified and the experiment to test this interaction and activation are currently being performed.