Papel de TERMINAL FLOWER 1 en el control de la arquitectura vegetal. Análisis de los genes que ...

251 Pages·2011·4.38 MB·Spanish

Departamento de Biotecnología
Papel de TERMINAL FLOWER 1 en el
control de la arquitectura vegetal. Análisis
de los genes que regulan su expresión
Memoria presentada por
PEDRO FERNÁNDEZ NOHALES
para optar al grado de DOCTOR por la Universitat
Politècnica de València.
Director: Francisco Madueño Albi
Valencia, Septiembre 2011

Don Francisco Madueño Albi, Doctor en Ciencias Biológicas y Científico Titular del
Consejo Superior de Investigaciones Científicas en el Instituto de Biología Molecular y
Celular de Plantas (Universidad Politécnica de Valencia-Consejo Superior de Investigaciones
Científicas) de Valencia,
INFORMA que,
Don Pedro Fernández Nohales, Licenciado en Bioquímica, ha realizado bajo mi dirección
el trabajo que con el título “Papel de TERMINAL FLOWER 1 en el control de la arquitectura
vegetal. Análisis de los genes que regulan su expresión” presenta para optar al grado de
Doctor por la Universidad Politécnica de Valencia.
Para que así conste a los efectos oportunos, firma el presente certificado en Valencia a 1 de
Julio de 2010.
Fdo. Dr. Francisco Madueño Albi

Resúmenes
RESÚMENES

Resúmenes
During thefloraltransition,theshoot apicalmeristem(SAM) changesits identityfrom
vegetative, when it produces leaves and shoots, to inflorescence, when it produces flowers.
According to the behaviour of the SAM, the inflorescences can be classified as indeterminate,
where the inflorescence SAM grows continuously, or determinate, where the SAM forms a
terminal flower. In Arabidopsis, the expression of the TERMINAL FLOWER 1 (TFL1) gene in
the centre of the SAM prevents its conversion into a flower and, therefore, the determination
of the inflorescence. Thus, TFL1 plays a key role in the control of plant architecture, a
function that is related to its particular expression pattern.
The main aim of this work has been the identification of genes that regulate the
expression of TFL1. A first step toward that aim has been to perform an EMS mutagenesis of
a reporter line containing a TFL1pro::GUS transgene in which the regulatory regions of TFL1
direct the expression of the GUS gene. Because of the role of TFL1 in the control of plant
architecture, we screened for plants that showed defects both in the pattern of TFL1pro::GUS
expression and in inflorescence architecture. Among the selected mutants, the line 63.1, that
we named moss, shows increased levels of TFL1pro::GUS expression, which is also ectopic
in flowers, and a dramatic alteration in inflorescence architecture. The positional cloning of
thecorrespondinggeneshowed thatthemoss phenotype is causedby ahypomorphic mutation
in the ARGONAUTE1 (AGO1) gene. Our results suggest that TFL1 expression is regulated by
small RNAs through AGO1.
In order to identify the promoter regions that are critical for the expression of TFL1,
we have also analyzed the TFL1 promoter by phylogenetic footprinting, and have combined
these results with those from a deletion analysis previously carried out in our lab. One of the
identified regulatory regions has been used in a screening with the yeast one-hybrid system.
This screening resulted in the identification of TCP7, a transcription factor for which no
function has been reported so far, as a protein able to bind to the TFL1 promoter. The
characterization of lines where TCP7 is over-expressed or silenced showed that they have
phenotypes related to the architecture of the inflorescence. Moreover, our data indicate that
TCP7 represses TFL1. Our results support the idea that TCP7 controls plant architecture
through the regulation of TFL1.

Resúmenes
Durante la transición floral, el meristemo apical del tallo (SAM) cambia su identidad
de vegetativo, fase en la que produce hojas y ramas, a inflorescente, fase en que produce
flores. Las inflorescencias se clasifican, según la identidad del SAM, en indeterminadas, en
las que el SAM crece continuamente durante toda la vida de la planta, y determinadas, en las
que el SAM da lugar a una flor terminal. En Arabidopsis, la expresión del gen TERMINAL
FLOWER 1 (TFL1) en el centro del SAM impide su conversión en flor y, por lo tanto, la
determinación de la inflorescencia. Así pues, TFL1 mantiene la identidad inflorescente del
SAM, teniendo, por tanto, un papel clave en el control de la arquitectura de la planta. Esta
función de TFL1 está íntimamente relacionada con su particular patrón de expresión.
El objetivo principal de este trabajo ha sido la identificación de genes que regulan la
expresión de TFL1. Para ello, en primer lugar, se llevó a cabo la mutagénesis con EMS de una
línea delatora que contiene un transgén, TFL1pro::GUS, en la que la expresión del gen GUS
se encuentra dirigida por las regiones reguladoras de TFL1. Dado al papel de TFL1 en el
control de la arquitectura de la planta, el escrutinio se realizó buscando plantas que tuvieran
un patrón de expresión de TFL1pro::GUS alterado y, a su vez, presentaran defectos en la
arquitectura de su parte aérea. Entre los mutantes seleccionados, la línea 63.1, a la que
denominamos moss, resultó ser un mutante hipomorfo del gen ARGONAUTE 1 (AGO1). El
mutante moss muestra un aumento de la expresión de TFL1pro::GUS en el SAM, y expresión
ectópica en las flores, así como una dramática alteración de la arquitectura de su
inflorescencia que parece estar relacionada con el aumento de la expresión de TFL1. Nuestros
resultados abren la puerta a la idea de que pequeños RNAs participen en la regulación de
TFL1 a través de AGO1.
Por otro lado, en este trabajo también se han identificado regiones del promotor de
TFL1 que son clave para la expresión del gen. Para ello se analizó el promotor de TFL1
mediante phylogenetic shadowing y los resultados obtenidos se combinaron con los de un
análisis de deleciones realizado previamente en nuestro laboratorio. Una de las regiones
reguladoras identificadas se utilizó en un escrutinio de híbrido simple que puso de manifiesto
que el factor de transcripción TCP7, de función desconocida, es capaz de unirse al promotor
de TFL1. El análisis fenotípico de líneas con pérdida o ganancia de función del gen TCP7 ha
mostrado que cambios en la expresión de TCP7 causan alteraciones en la arquitectura de la
inflorescencia de la planta. Este análisis también indicó que TCP7 reprime la expresión de
TFL1. Nuestros resultados sugieren que TCP7 controla la arquitectura de la planta a través de
la regulación de TFL1.