Busqueda de Agroquimicos y edicion de genomas para aumentar la resistencia de las plantas a la sequía

Abstract

Drought is one of the most important causes of productivity loss in crops worldwide. For this reason it is of great importance to study the processes of adaptation and tolerance of plants to water stress, especially in plants with agronomic interest. Abscisic acid (ABA) regulates development and stress responses in plants, playing a fundamental role in the adaptation to water stress conditions. In order to improve drought tolerance in economically important crops, we have carried out a project aimed to identify ABA agonists and to implement genome editing techniques in the C4 model plant Setaria viridis. In this work, we have identified IRE1, a chemical compound capable of mimicking ABA in both in vitro tests and in vivo experiments on Arabidopsis thaliana seedlings. IRE1 binds to the S. viridis ABA receptor, SvPYL1, causing the inhibition of the phosphatase activity of dNHAB1. In addition, another compound has been identified, IRE2, which can act specifically as an inhibitor of the phosphatase dNHAB1 causing hypersensitivity to ABA in A. thaliana seedlings. This is the first specific inhibitor of a PP2C phosphatase identified to date. Likewise, the CRISPR/Cas9 system has been validated in S. viridis for the first time in this work. S. viridis is a plant with high agronomic interest since it is related to maize and sorghum, making this discoveries more relevant and eventually closer to be transferred to the field. The results obtained in this work represent an advance in the development of chemical molecules able to promote drought tolerance as well as in the editing of plant genomes with agronomic interest.

La sequía es una de las causas más importantes de pérdida de productividad en los cultivos. Por este motivo es de gran importancia estudiar los procesos de adaptación y tolerancia de las plantas al estrés hídrico, sobre todo en plantas con interés agronómico. El ácido abscísico (ABA) regula numerosos procesos de desarrollo y respuestas a estrés en las plantas, ejerciendo un papel fundamental en la adaptación frente al estrés hídrico. Con el fin de mejorar la respuesta a la sequía en cultivos de interés en agricultura, se ha desarrollado un proyecto basado en la identificación de compuestos químicos agonistas del ABA, así como la edición genética de plantas de forma dirigida. En este trabajo, se ha logrado identificar IRE1, un compuesto químico sintético capaz de mimetizar al ABA tanto en ensayos in vitro como en experimentos in vivo en plántulas de Arabidopsis thaliana. IRE1 es capaz de unirse al receptor de ABA de Setaria viridis, SvPYL1, y provocar la inhibición de la actividad fosfatasa de dNHAB1. Además, se ha determinado otro compuesto, denominado IRE2, que puede actuar específicamente como inhibidor de la fosfatasa dNHAB1 provocando una hipersensibilidad a ABA en plántulas de A. thaliana. Se trata del primer inhibidor específico de dNHAB1 identificado hasta la fecha. Asimismo, se ha conseguido validar por primera vez el sistema CRISPR/Cas9 en S. viridis para la modificación del genoma de forma dirigida. S. viridis es una planta de alto interés agronómico puesto que está emparentada con maíz, y cuyos resultados podrían ser eventualmente trasladados a campo. Los resultados obtenidos en este trabajo suponen un avance en el desarrollo de moléculas químicas capaces de promover la tolerancia a la sequía, así como en la edición de genomas de plantas con interés agronómico.