Gibberellins transport regulation in the apical stem cells population

Abstract

[ES] El meristemo apical del tallo (SAM, de "shoot apical meristem" en inglés) alberga una población de células madre pluripotentes que es el origen de todos los órganos de la parte aérea de la planta: tallo, hojas, flores, frutos y semillas. El balance entre división y crecimiento celular debe estar regulado de forma muy precisa en el SAM con el fin de mantener una población estable de células madre a la vez que suministrar continuamente nuevas células para la formación de órganos. Este balance depende de la correcta interpretación de señales ambientales (temperatura, luz, disponibilidad de agua y nutrientes, etc.) y endógenas de la planta (edad, estado energético, etc.) que son transmitidas al SAM por diferentes vías de señalización hormonal como es el caso de las giberelinas (GAs). Cuando las condiciones ambientales son las idóneas, niveles altos de GAs promueven la floración y el crecimiento de la planta. Sin embargo, un exceso de GAs puede desajustar la actividad celular en el SAM y, en consecuencia, su capacidad para producir nuevos órganos. Nuestra pregunta por tanto es, ¿qué factores controlan los niveles de GAs en el SAM en función del ambiente? Un candidato es el factor de transcripción BREVIPEDICELLUS (BP). Las células del SAM de los mutantes de pérdida de función bp son hipersensibles a niveles altos de GAs, incrementando anormalmente de tamaño. Asimismo, hemos observado que moléculas de GAs fluorescentes (GA-FI) se acumulan más en el SAM de bp que en el de plantas silvestres (wt). Análisis transcriptómicos muestran como la expresión de NPF4.3, un gen que codifica un transportador de hormonas, está significativamente inducida en bp. El objetivo general de este proyecto de TFM es explorar la hipótesis de que BP controla la entrada de GAs en el SAM mediante la regulación transcripcional del transportador NPF4.3. Objetivos específicos incluyen caracterizar la capacidad de NPF4.3 de transportar GAs y estudiar el impacto de su pérdida de función en plantas wt y bp. Para ello, se emplearán diferentes técnicas de biología molecular y celular como doble híbrido en levadura, edición genética CRISPR/Cas9, microscopía confocal de fluorescencia, análisis cuantitativo celular mediante segmentación, etc.

[EN] [The shoot apical meristem (SAM) harbours a population of pluripotent stem cells that is the origin of all organs in the aerial part of the plant: stem, leaves, flowers, fruits and seeds. The balance between cell division and cell growth must be precisely regulated in the SAM in order to maintain a stable stem cell population while continuously supplying new cells for organ formation. This balance depends on the correct interpretation of environmental signals (temperature, light, availability of water and nutrients, etc.) and endogenous signals from the plant (age, energy status, etc.) which are transmitted to the SAM by different hormonal signalling pathways such as gibberellins (GAs). When environmental conditions are ideal, high levels of GAs promote flowering and plant growth. However, an excess of GAs can disrupt cell activity in the SAM and, consequently, its ability to produce new organs. Our question is therefore, which factors control GA levels in the SAM as a function of the environment? One candidate is the transcription factor BREVIPEDICELLUS (BP). SAM cells from bp loss-of-function mutants are hypersensitive to high levels of GAs, increasing abnormally in size. We have also observed that fluorescent GAs (GA-FI) molecules accumulate more in the bp SAM than in wild-type (wt) plants. Transcriptomic analyses show that the expression of NPF4.3, a gene encoding a hormone transporter, is significantly induced in bp. The overall objective of this TFM project is to explore the hypothesis that BP controls GAs entry into the SAM through transcriptional regulation of the NPF4.3 transporter. Specific objectives include characterising the ability of NPF4.3 to transport GAs and studying the impact of its loss of function in wt and bp plants. For this purpose, different molecular and cell biology techniques will be used, such as yeast double hybridisation, CRISPR/Cas9 gene editing, fluorescence confocal microscopy, quantitative cellular analysis by segmentation, etc.