Study of hormone signaling and the mode of action of FRUITFULL during proliferative arrest in Arabidopsis thaliana

[ES] La regulación tanto del inicio como de la finalización del periodo de floración es esencial para garantizar el éxito reproductivo. En plantas monocárpicas, como Arabidopsis thaliana y otras especies cultivadas, como leguminosas o solanáceas, esta regulación es particularmente importante ya que solo experimentan un único ciclo reproductivo a lo largo de su vida. La fase reproductiva se inicia con la transición floral, cuando el meristemo apical del tallo (SAM) comienza a producir flores, y finaliza con la parada proliferative (PA), marcada por el cese de la actividad de todos los meristemos inflorescentes (IM) y el desarrollo de las yemas florales (parada floral). Los mecanismos que controlan su terminación siguen siendo poco conocidos, a pesar de su papel crítico en la optimización del tamaño y la viabilidad de la descendencia antes de la muerte de la planta. En los últimos años, se ha avanzado considerablemente en la compresión de factores ambientales, hormonales, genéticos y de señalización implicados en el PA. Se sabe que la producción de frutos y semillas juegan un papel clave en el PA. A nivel genético, el PA está controlado por la ruta FRUITFULL-APETALA2 (FUL-AP2). Se ha propuesto que FUL se acumula en la inflorescencia a lo largo del periodo de floración regulando negativamente a AP2, lo que promueve la represión de WUSCHEL (WUS), un regulador clave en el mantenimiento de las células madre, dando lugar a la parada del IM. Además, las hormonas son cruciales en el control del PA. La respuesta de las citoquininas (CKs) necesita ser reprimida en el SAM para su detención como para la parada floral. A su vez, FUL reprime las rutas relacionadas con las CK, promoviendo el PA. Durante el PA, pueden distinguirse dos modos de acción de FUL. Primero, FUL, junto con factores adicionales, contribuye a la represión de los eventos relacionados con las CK (fase de declive). Luego, FUL bloquea completamente estos eventos (fase de parada) Por otro lado, el ácido abscísico (ABA) promueve la parada floral al final de la floración y se ha propuesto que las auxinas actúen como un factor intermediario de las señales derivada de los frutos y semillas que promueve la parada floral.En este trabajo pretendemos ampliar el conocimiento actual sobre los mecanismos moleculares que regulan el PA. En particular, hemos visualizado con alta resolución espacio-temporal los cambios en la biosíntesis, transporte y respuesta de las auxinas y hemos analizado el efecto de modificaciones en el contenido de las auxinas en el SAM sobre el PA. Nuestros resultados sugieren que el PA está estrechamente regulado por la biosíntesis local de auxinas así como por su transporte y respuesta. Estos procesos relacionados con las auxinas tienen que reprimirse en el SAM para su parada. Además, las rutas relacionadas con auxinas y CKs deben reprimirse simultánea y coordinadamente en el SAM durante el PA. Por otro lado, hemos caracterizado el patrón espacial de FUL en el SAM en fases avanzadas del periodo de floración. Nuestros resultados sugieren que un incremento en la localización nuclear de FUL durante las fases de declive y parada podría ser necesaria para su función, y con ello el control del PA. Además, cambios significativos en la expresión génica ocurre predominantemente durante estas dos fases. Nuestros datos indican que FUL controla la actividad del meristemo y el PA, de manera independiente o a través de AP2, regulando positivamente genes relacionados con el ABA, mientras que reprime genes relacionados con CKs, auxinas y el ácido jasmónico. En particular, la señalización y el contenido de JA disminuyen durante el PA, lo que sugiere que el JA puede actuar como un regulador negativo de este proceso. En conjunto, estos resultados proporcionan una visión completa de los mecanismos moleculares y las interacciones hormonales que subyacen al PA, destacando el papel central de FUL en la regulación de este proceso.

[CA] La regulació tant de l'inici com de la finalització del període de floració és essencial per a garantir l'èxit reproductiu. En plantes monocàrpiques, com Arabidopsis thaliana i altres espècies cultivades, com ara lleguminoses o solanàcies, esta regulació és especialment important, ja que només experimenten un únic cicle reproductiu al llarg de la seua vida. La fase reproductiva s'inicia amb la transició floral, quan el meristem apical de la tija (SAM) comença a produir flors, i finalitza amb la parada proliferativa (PA), caracteritzada pel cessament de l'activitat de tots els meristemes inflorescents (IM) i el desenvolupament de les gemmes florals (parada floral). Els mecanismes que controlen la seua terminació continuen sent poc coneguts, malgrat el seu paper crític en l'optimització de la grandària i la viabilitat de la descendència abans de la mort de la planta. En els darrers anys, s'ha avançat considerablement en la compressió dels factors ambientals, hormonals, genètics i de senyalització implicats en el PA. Se sap que la producció de fruits i llavors juga un paper clau en el PA. A nivell genètic, el PA està controlat per la ruta FRUITFULL-APETALA2 (FUL-AP2). S'ha proposat que FUL s'acumula en la inflorescència al llarg del període de floració regulant negativament AP2, cosa que promou la repressió de WUSCHEL (WUS), un regulador fonamental en el manteniment de les cèl·lules mare, donant lloc a la parada de l'IM. A més, les hormones són crucials en el control del PA. La resposta de les citoquinines (CKs) necessita ser reprimida en el SAM tant per a la seua parada com per a la parada floral. Per altra banda, FUL reprimeix les rutes relacionades amb les CK per tal de promoure aquest procés. Durant el PA es poden distingir dos modes d'acció de FUL. En primer lloc, FUL, juntament amb altres factors encara desconeguts, contribueix a la repressió dels esdeveniments relacionats amb les CK (fase de declivi). Posteriorment, FUL bloqueja completament aquestos esdeveniments (fase de parada). D'altra banda, l'àcid abscísic (ABA) promou la parada floral al final de la floració, i s'ha proposat que les auxines actuen com a factors intermediaris en les senyals derivades dels fruits i llavors que promouen aquesta parada floral. Amb este treball pretenem ampliar el coneixement actual sobre els mecanismes moleculars que regulen el PA. En particular, hem visualitzat amb alta resolució espai-temporal els canvis en la biosíntesi, transport i resposta de les auxines i hem analitzat l'efecte de modificacions en el contingut de les auxines en el SAM sobre el PA. Els nostres resultats suggerixen que el PA està estretament regulat per la biosíntesi local d'auxines, així com pel seu transport i resposta. Aquests processos relacionats amb les auxines han de ser reprimits en el SAM perquè aquest entre en parada. A més, les rutes relacionades amb auxines i CK han de ser reprimides simultàniament i de manera coordinada en el SAM durant el PA. D'altra banda, hem caracteritzat el patró espacial de FUL en el SAM en fases avançades del període de floració, Els nostres resultats suggereixen que un augment en la localització nuclear de FUL durant les fases de declivi i parada pot ser necessari per a la seua funció i, per tant, per al control del PA. A més, els canvis significatius en l'expressió gènica es produeixen predominantment durant aquestes dues fases. Les nostres dades indiquen que FUL controla l'activitat meristemàtica i el PA, de manera independent o a través d'AP2, regulant positivament gens relacionats amb el ABA, mentres que reprimix gens relacionats amb CKs, auxines i l'àcid jasmònic (JA). En particular, la senyalització i el contingut de JA disminueixen durant el PA, cosa que suggereix que el JA pot actuar com un regulador negatiu d'este procés. En conjunt, estos resultats proporcionen una visió completa dels mecanismes moleculars i les interaccions hormonals que subjauen al PA, destacant el paper central de FUL en la regulació d'este procés

[EN] The regulation of both the initiation and termination of the flowering period is essential to ensure reproductive success. In monocarpic plants, such as Arabidopsis thaliana and many crop species (e.g., legumes or solanaceae spp.), this regulation is particularly important since they undergo a single reproductive cycle in their lifetime. The reproductive phase initiates with the floral transition, during which the shoot apical meristem (SAM) starts producing flowers, and ends with proliferative arrest (PA), marked by the cessation of all inflorescence meristem (IM) activity (IM arrest) and floral bud development (floral arrest). While the start of reproductive development has been deeply studied, the mechanisms controlling its termination remain poorly understood, despite the critical role of PA in optimizing the size and viability of the offspring before plant death. In recent years, substantial research has been conducted to understand the environmental, hormonal, genetic, and other signaling factors involved in PA. It is known that fruit and seed signals play a key role in promoting PA. At the genetic level, PA is controlled by the FRUITFULL-APETALA2 (FUL-AP2) pathway. It has been proposed that FUL accumulates in the inflorescence along the flowering period and negatively regulates AP2. This repression of AP2 leads to the downregulation of WUSCHEL (WUS), a key regulator of stem cell maintenance, ultimately resulting in IM arrest. Additionally, hormones are crucial in PA control. Cytokinin (CK) response needs to be repressed in the SAM for its arrest as well as for floral arrest. Furthermore, FUL represses CK-related pathways to promote this process. Two modes of action of FUL can be distinguished during PA. First, FUL, together with additional unknown factors, contribute to the repression of the CK-related events (decline phase). Then, FUL completely blocks these CK-related events (shutdown phase). On the other hand, abscisic acid (ABA) promotes floral arrest at the end of flowering, and auxin has been proposed to act as an intermediate factor in fruits/seeds derived signals that promote floral arrest. In this work, we aim to extend the current knowledge about the molecular mechanisms and specific factors that regulate PA. In particular, we have visualized with high spatio-temporal resolution changes in auxin biosynthesis, transport and response and have analyzed the effect of auxin content modifications in the SAM on PA. Our results suggest that PA is tightly regulated by local auxin biosynthesis as well as by auxin transport and response. These auxin-related processes must be repressed in the SAM for its arrest. Furthermore, auxin and CK pathways must be simultaneously and coordinately repressed in the SAM during PA. Moreover, we have characterized the spatial pattern of FUL within the SAM at advanced stages of the flowering period. Our findings suggest that increased nuclear localization of FUL during the decline and shutdown phases may be necessary for its function and thus, for PA control. Furthermore, significant gene expression changes predominantly occur during these two phases. Our data also indicate that FUL controls meristem activity and PA, both independently or through AP2, by positively regulating ABA-related genes, while repressing CK-, auxin- and jasmonic acid (JA)-related genes. Notably, JA content and JA signaling decrease in the apex during PA, suggesting that JA may act as a negative regulator of this process. Together, these findings provide a comprehensive view of the molecular mechanisms and hormonal interactions underlying PA, highlighting the central role of FUL in orchestrating this process.