Análisis funcional del regulador de la diferenciación celular MpRIMA en Marchantia polymorpha

Abstract

[ES] Las plantas tienen la capacidad de adaptar sus programas de desarrollo para hacer frente a los cambios que se producen en su entorno, que en ocasiones son adversos, con el fin de asegurar su supervivencia. Para modificar estos programas de desarrollo, es necesaria una regulación precisa de la expresión génica que está coordinada, en gran parte, por modificaciones de la cromatina, lo que conlleva cambios en la actividad de determinados complejos reguladores de la transcripción. Así, conocer la regulación que ejercen estos complejos es fundamental para determinar el control espacio-temporal de los patrones de expresión de un conjunto de genes permiten que se active la diferenciación celular, como paso previo a la adaptación del desarrollo de la planta.

El trabajo que hemos llevado a cabo en el laboratorio nos ha permitido identificar a dos proteínas, MINIYO (IYO) y RIMA, que son los componentes básicos de un interruptor molecular que inicia la diferenciación celular en Arabidopsis. Nuestro modelo postula que IYO y RIMA forman un circuito binario que se activa cuando IYO se traslada desde el citosol al núcleo para activar la fase de elongación transcripcional de un conjunto de genes que desencadenan la diferenciación celular. Sin embargo, los elementos reguladores que controlan el funcionamiento de este interruptor siguen sin resolverse. Por tanto, establecer los factores reguladores que delimitan la expresión de los componentes de este interruptor y su conservación evolutiva es una de las claves para desentrañar el mecanismo que permite la entrada en diferenciación, así como para abordar su posterior activación "a la carta". Para ello, en el laboratorio estamos trabajando en especies tan distantes como son Arabidopsis thaliana y Marchantia polymorpha, una hepática situada en la base de la escala evolutiva de las plantas terrestres actuales que, en los últimos años, se ha convertido en un organismo modelo para realizar estudios evolutivos a nivel molecular.

El proyecto de este Trabajo de Fin de Master tiene como objetivo establecer cuáles son los elementos reguladores que controlan la actividad de MpRIMA. Para ello, se va a definir el patrón de expresión de MpRIMA durante el desarrollo de Marchantia e identificar posibles señales que influyen en su patrón de expresión espacio-temporal. Además, se va a estudiar el papel de factores de transcripción que participan en esas redes de señalización para determinar su papel en la activación de este componente del interruptor de la diferenciación celular. En paralelo, se llevará a cabo la caracterización molecular y fenotípica de plantas transgénicas que tienen alterada la actividad de MpRIMA. El objetivo final es identificar los factores claves, comunes en distintos organismos y responsables de la activación de la diferenciación celular, lo que ayudará a comprender los mecanismos moleculares que regulan este importante proceso y desarrollar futuras aplicaciones biotecnológicas.

[EN] Plants have the ability to adapt their development programs to face the changes that occur in their environment, which are sometimes adverse, in order to ensure their survival. To modify these developmental programs, a precise regulation of gene expression is necessary, which is coordinated, to a large extent, by modifications of chromatin, which entails changes in the activity of certain transcriptional regulatory complexes. Thus, knowing the regulation exerted by these complexes is essential to determine the spatiotemporal control of the expression patterns of a set of genes that allow cell differentiation to be activated, as a step prior to the adaptation of plant development.

The work we have carried out in the laboratory has allowed us to identify two proteins, MINIYO (IYO) and RIMA, which are the basic components of a molecular switch that initiates cell differentiation in Arabidopsis. Our model postulates that IYO and RIMA form a binary circuit that is activated when IYO moves from the cytosol to the nucleus to activate the transcriptional elongation phase of a set of genes that trigger cell differentiation. However, the regulatory elements that control the operation of this switch remain unresolved. Therefore, establishing the regulatory factors that delimit the expression of the components of this switch and its evolutionary conservation is one of the keys to unraveling the mechanism that allows the entry into differentiation, as well as to address its subsequent activation "à la carte." To do this, in the laboratory we are working on species as distant as Arabidopsis thaliana and Marchantia polymorpha, a liverwort located at the base of the evolutionary scale of current terrestrial plants that, in recent years, has become a model organism for conduct evolutionary studies at the molecular level.

The project of this Master's Thesis aims to establish which are the regulatory elements that control the activity of MpRIMA. To do this, the expression pattern of MpRIMA will be defined during the development of Marchantia and possible signals that influence its spatiotemporal expression pattern will be identified. In addition, the role of transcription factors that participate in these signaling networks will be studied to determine their role in the activation of this component of the cell differentiation switch. In parallel, the molecular and phenotypic characterization of transgenic plants that have altered MpRIMA activity will be carried out. The final objective is to identify the key factors, common in different organisms and responsible for the activation of cell differentiation, which will help to understand the molecular mechanisms that regulate this important process and develop future biotechnological applications.