Comparative studies between plant systems to understand divergent strategies to vegetation shade: the role of HY5 transcription factor.

Abstract

[ES] En muchos ecosistemas vegetales la proximidad de la vegetación y la alta densidad de plantas puede afectar a la cantidad y calidad de la luz solar percibida, limitando la disponibilidad de luz a la hora de realizar la fotosíntesis. Para afrontar esta situación, las plantas han adoptado dos estrategias divergentes: evitar o tolerar la sombra vegetal. Las especies que evitan la sombra se caracterizan por activar un conjunto de respuestas de aclimatación con un fuerte impacto en el desarrollo, como el fomento del alargamiento del tallo y la floración, o el ajuste del metabolismo fotosintético para crecer bajo niveles reducidos de luz. Por el contrario, las especies tolerantes a la sombra carecen de la característica respuesta de elongación del tallo para "escapar" de las condiciones de sombra desfavorables y están bien adaptadas a crecer en ambientes con poca luz. Mientras que la regulación de la evitación de la sombra se comprende bastante bien, se sabe mucho menos sobre la regulación a nivel molecular y genético de la tolerancia a sombra. Recientes estudios comparativos entre especies emparentadas filogenéticamente que divergen en su respuesta a sombra, como la especie modelo Arabidopsis thaliana y Cardamine hirsuta, han indicado que la tolerancia a sombra en C. hirsuta se implementa empleando componentes que se sabe que también regulan el alargamiento del hipocótilo en la especie que huye de la sombra A. thaliana.

El objetivo del presente trabajo es estudiar el papel del factor de transcripción bZIP codificado por ELONGATED HYPOCOTYL 5 (HY5) en el desarrollo de un hábito tolerante a la sombra en C. hirsuta. HY5 ha sido descrito previamente como un regulador negativo de las respuestas de huida de la sombra, pero su función exacta aún no está clara. A través de la caracterización fenotípica de líneas con actividad HY5 alterada demostramos que HY5 inhibe el alargamiento del hipocótilo y reforzamos la hipótesis de que la actividad de este factor es mayor en C. hirsuta que en A. thaliana. Además, utilizando un enfoque genético, evidenciamos la existencia de un efecto sinérgico entre HY5 y PHYB.

[EN] In many plant ecosystems, close vegetation proximity and high plant density can affect the quantity and quality of the incoming sunlight, limiting the availability of light for photosynthesis. To deal with this situation, plants have adopted two divergent strategies: avoiding or tolerating plant shade. When detecting vegetation proximity, shade-avoider species activate a set of responses that impact plant development, such as promoting stem elongation and flowering, or adjusting photosynthetic metabolism to grow in low light levels. In contrast, shade-tolerant species lack the characteristic stem elongation response to "escape" the unfavorable shade conditions and are well adapted to growing in low light environments. Whereas the regulation of shade-avoidance is quite well understood, much less is known about the regulation of shade-tolerance at the molecular and genetic level. Recent comparative studies between the shade-avoidance Arabidopsis thaliana and the shade-tolerant Cardamine hirsuta have indicated that shade tolerance in C. hirsuta is implemented by components also known to regulate hypocotyl elongation in the shade-avoiding species A. thaliana.

In this work, we aimed to study the role of the bZIP transcription factor ELONGATED HYPOCOTYL 5 (HY5) in the development of a shade tolerant habit in C. hirsuta. HY5 has been previously described as a negative regulator of shade avoidance responses, but its precise role is still unclear. Through the phenotypical characterization of lines with altered HY5 activity we hypothesize that HY5 activity is higher in C. hirsuta than in A. thaliana. In addition, using a genetic approach, we put forward the existence of a synergistic effect between HY5 and PHYB.