Control hormonal del desarrollo de los óvulos de tomate: Papel de las giberelinas y su interacción con los brasinosteroides y las citoquininas

Abstract

There are many factors that regulated the development of the ovules in plants. Different hormones, which have a fundamental role, participate in the control of this process. In the model plant Arabidopsis thaliana, the role of the auxin hormones (AUX), brassinosteroids (BRs) and cytokinins (CKs) has been determined and the interactions between these hormones have been suggested at the beginning of ovules formation, as well as during the development phase. The gibberellins (GAs) control various processes of plant development; however, their participation in ovules formation has recently been suggested by studies carried out in our laboratory showed that the mutations that affect the levels or the responses to GAs alter the number of ovules of tomato and Arabidopsis.

In this work we wanted to study how the gibberellin hormone can regulate the development of tomato ovules (Solanum lycopersicum L.) with the possible cooperation of auxins, brassinosteroids and cytokinins. In order to learn more about the hormonal model functioning in tomato and the different hormones role in the ovule formation, a detail study of the different phases of the ovule formation throughout the ovary development of the tomato has been conducted, by confocal microscopy and the localization of auxins and gibberellins hormones in each one of the different ovule development phases in different hormonal mutant lines of tomato. For that purpose, I used a reporter gene construction for auxin response (DR5::GUS) and another, obtained in our laboratory, reporter of GAs synthesis (P20ox1::GUS). This allowed exploring and comparing the localization of both hormones through the use of GUS staining, both in control lines and in lines with hormonal alterations of brassinosteroids, cytokinins, auxins and gibberellins, carriers of these reporter constructions.

The results obtained establish the phases of flower development of tomato in which occur the formation of the placenta, the formation of the ovules primordia, the progressive development of these and the extent to which the hormonal mutations affect this development. Therefore, the studies of the hormones localization show the auxin location inside the ovule, specifically in the oosphere, and the emergence of a new location in the funiculus and possibly in the vascular bundles. These studies also reveal, for the first time, the location of gibberellins synthesis outside the ovules, mostly in the placenta, according to a GAs role in the primordia initiation. The comparison of the locations and accumulation levels of the hormones in the different mutant lines have allowed the description of the most important differences in that aspect and the suggestion of possible interactions between the hormones in the ovule development.

Son diversos los factores que se encargan de regular el desarrollo de los óvulos en las plantas. En el control de este proceso participan diferentes hormonas, las cuales tienen un papel fundamental. En la planta modelo Arabidopsis thaliana se ha demostrado el papel de las hormonas auxinas (AUX), brasinoesteroides (BRs) y citoquininas (CKs), y sus interacciones al inicio de la formación de los óvulos, así como durante la fase de desarrollo. Las giberelinas (GAs) controlan distintos procesos del desarrollo de las plantas; sin embargo, su participación en la formación de los óvulos solo ha sido sugerida recientemente por estudios realizados en nuestro laboratorio que demostraban que las mutaciones que afectan los niveles o la respuesta a GAs alteran el número de óvulos en el fruto de tomate y de Arabidopsis.

En este trabajo se ha querido estudiar cómo la hormona giberelina es capaz de regular el desarrollo de los óvulos de tomate (Solanum lycopersicum L.) con la posible cooperación de auxinas, brasinoesteroides y citoquininas. Con el objetivo de conocer con más detalle el funcionamiento del modelo hormonal en tomate y el papel de las distintas hormonas en la formación de los óvulos, se ha realizado un estudio detallado de las diferentes fases de formación del óvulo a lo largo del desarrollo del ovario de tomate, mediante microscopía confocal y de la localización de las hormonas auxinas y giberelinas en cada una de las distintas fases del desarrollo del óvulo en diferentes líneas mutantes hormonales de tomate. Para ello he hecho uso de una construcción génica delatora para la respuesta a auxinas (DR5::GUS) y otra, obtenida en nuestro laboratorio, delatora de la síntesis de GAs (P20ox1::GUS). Esto ha permitido estudiar y comparar la localización de las dos hormonas mediante el empleo de la tinción GUS, tanto en las líneas control como en las líneas con alteraciones hormonales de brasinoesteroides, citoquininas, auxinas y giberelinas, portadoras de estas construcciones delatoras.

Los resultados obtenidos establecen las fases del desarrollo de las flores de tomate en las que ocurren la formación de la placenta, la formación de los primordios de óvulos, el progresivo desarrollo de estos y en qué medida las mutaciones hormonales afectan este desarrollo. Así pues, los estudios de la localización de hormonas muestran la ubicación de las auxinas dentro del óvulo, concretamente en la ovocélula, y la aparición de una nueva localización en el funículo y posiblemente en los haces vasculares. Por primera vez, estos estudios también revelan la ubicación de la síntesis de giberelinas fuera de los óvulos, mayoritariamente en la placenta, acorde con un papel de las GAs en la iniciación de los primordios. La comparación de las localizaciones y los niveles de acumulación de las hormonas en las distintas líneas mutantes han permitido la descripción de las diferencias más destacables en ese aspecto y la sugerencia de posibles interacciones entre las hormonas en el desarrollo del óvulo.

[CA] Són diversos els factors que s’encarreguen de regular el desenvolupament dels òvuls a les plantes. En el control d’aquest procés participen diferents hormones, les quals tenen un paper fonamental. A la planta model Arabidopsis thaliana s’ha demostrat el paper de les hormones auxines (AUX), brassinoesteroides (BRs) i citocinines (CKs), i les seves interaccions a l’inici de la formació dels òvuls, com durant la fase de desenvolupament. Les gibberel·lines (GAs) controlen diferents processos del desenvolupament de les plantes; no obstant això, la seva participació en la formació dels òvuls només ha estat suggerida recentment per estudis realitzats en el nostre laboratori que demostraven que les mutacions que afecten als nivells o la resposta a GAs alteren el nombre d’òvuls en el fruit del tomàquet i d’Arabidopsis. En aquest treball s’ha volgut estudiar com la hormona gibberel·lina és capaç de regular el desenvolupament dels òvuls de tomàquet (Solanum lycopersicum L.) amb la possible cooperació de auxines, brassinoesteroides i citocinines. Amb l’objectiu de conèixer amb més detall el funcionament del model hormonal en tomàquet i el paper de les diferents hormones en la formació dels òvuls, s’ha realitzat un estudi detallat de les diferents fases de formació de l’òvul al llarg del desenvolupament de l’ovari de tomàquet, mitjançant microscòpia confocal i de la localització de les hormones auxines i gibberel·lines en cada una de les diferents fases de desenvolupament de l’òvul en diferents línies mutants hormonals de tomàquet. Per això he fet ús d’una construcció gènica delatora per a la resposta a auxines (DR5::GUS), i una altra, obtinguda en el nostre laboratori, delatora de la síntesis de GAs (P20ox1::GUS). Això ha permès estudiar i comparar la localització de les dues hormones mitjançant l’ús de la tinció GUS, tant en les línies control com en les línies amb alteracions hormonals de brassinoesteroides, citocinines, auxines i gibberel·lines, portadores d’aquestes construccions delatores. Els resultats obtinguts estableixen les fases del desenvolupament de les flors de tomàquet en les quals ocorre la formació de la placenta, la formació dels primordis d’òvuls, el desenvolupament progressiu d’aquests i en quina mesura les mutacions hormonals afecten aquest desenvolupament. Així doncs, els estudis de la localització de hormones mostren la ubicació de les auxines dins de l’òvul, concretament en l’ovocèl·lula, i l’aparició d’una nova localització en el funicle i possiblement en els feixos vasculars. Per primer cop, aquests estudis també revelen la ubicació de la síntesis de gibberel·lines fora dels òvuls, majoritàriament a la placenta, d’acord amb el paper de les GAs a l’inici dels primordis. La comparació de les localitzacions i els nivells d’acumulació de les hormones en les diferents línies mutants han permès la descripció de les diferències més destacables en aquest aspecte i el suggeriment de possibles interaccions entre les hormones en el desenvolupament de l’òvul.