Evolution of temperature sensing by phytochromes in plants.

Abstract

[ES] Las plantas son capaces de integrar señales de luz y temperatura en su desarrollo, lo que les permite ajustarse de forma precisa a su entorno. Uno de los mecanismos clave por el que se produce esta integración ha sido identificado en la angiosperma Arabidopsis thaliana e involucra la doble función del fitocromo B (phyB) como receptor de luz y sensor de temperatura. Sin embargo, aún se desconoce si esta capacidad de termodetección es una propiedad intrínseca de todos los fitocromos en las plantas terrestres o si se trata de una innovación evolutiva reciente. De ser una innovación reciente, esto implicaría que ciertas plantas terrestres (como la briófita Marchantia polymorpha) y algunas algas utilizan mecanismos alternativos para integrar las señales de luz y temperatura. Para abordar esta pregunta, propongo: (1) comparar el comportamiento de mutantes de fitocromos de A. thaliana y M. polymorpha bajo diferentes condiciones de luz y temperatura; (2) sustituir el fitocromo B de A. thaliana por los fitocromos de M. polymorpha y de la zygnematophycea Mesotaenium endlicherianum para evaluar si estos pueden desempeñar la función de sensor térmico; y (3) reemplazar el fitocromo de M. polymorpha por el fitocromo B de A. thaliana para comprobar si las propiedades térmicas de AtphyB pueden transferirse a otros contextos biológicos. Se ha observado que la luz y la temperatura se integran a través de los fitocromos en las plantas terrestres, y que las propiedades bioquímicas y la función de los fitocromos han divergido en los estreptofitos. Además, la capacidad de formar photobodies y su regulación por la luz y la temperatura es un estado ancestral que estaba presente en las primeras plantas terrestres. Las funciones y regulaciones específicas de cada linaje de fitocromos demuestran la evolución convergente de estos reguladores centrales de la integración multisensorial en las plantas terrestres y contribuyeron a la exitosa colonización y diversificación de las plantas en una miríada de nichos ecológicos en la tierra.

[EN] Plants can integrate light and temperature cues into development to finely adjust to their environment. One of the key mechanisms by which these two signals are integrated has been solved in the angiosperm Arabidopsis thaliana, and it involves the dual function of phytochrome B (phyB) as a light receptor and a temperature sensor. However, it is still unclear whether this thermosensing activity is intrinsic to all phytochromes on Earth, or it is a recent innovation in evolution. If it is a recent innovation, it would mean that certain land plants (like the bryophyte Marchantia polymorpha) and algae use alternative mechanisms to achieve temperature and light integration. To address this outstanding question, I proposed to: (1) to compare the behaviour of A. thaliana and M. polymorpha phy mutants grown under different conditions of light and temperature; (2) to substitute A. thaliana phyB by M. polymorpha and the zygnematophycea M. endlicherianum phytocromes, and see if they can perform the role of a thermosensor; (3) to substitute the M. polymorpha phy by A. thaliana phyB, to see if the thermal properties of AtphyB can be exported to other contexts. I observed that light and temperature are integrated through phytochromes in land plants and that phytochrome biochemical properties and function have diverged in streptophytes. Moreover, the ability to form photobodies and their regulation by light and temperature is an ancestral state that was present in the first land plants. Lineage-specific functions and regulations of phytochromes demonstrate the convergent evolution of these central regulators of multisensorial integration in land plants and contributed for the successful colonisation and diversification of plants to a myriad of ecological niches on land.