Projecte H2020 RiceStyle: Evolució del carpel: un passeig pel costat de l'arròs

Amb aproximadament 352.000 espècies vives a la Terra, les plantes amb flors o angiospermes constitueixen el grup existent més gran i divers del regne vegetal, i aproximadament el 90% de les espècies de plantes terrestres. La ràpida aparició i diversificació de les angiospermes, documentada per fòssils, va ser definida com un "misteri abominable" per Charles Darwin. Sens dubte, l'evolució de noves estructures reproductives, com la flor i la part femenina, el pistil, va tenir un paper fonamental en l'extraordinari èxit evolutiu de les angiospermes.

Tot i això, encara es desconeix com van evolucionar aquestes estructures, també a nivell molecular. A més, després de la pol·linització, el pistil i l'òvul(s) al seu interior es converteixen en fruit i llavor(s), respectivament, que són la part comestible de la majoria dels cultius. Per tant, els estudis moleculars sobre el desenvolupament del pistil poden ajudar a aclarir un dels majors "secrets" de l'evolució vegetal i aportar importants avantatges i eines per a la millora específica dels cultius.

Si bé ja es disposa d'informació sobre el control genètic de la identitat i el patró del pistil, aquestes dades es refereixen principalment a Arabidopsis ia altres plantes model eudicotiledònies. Per tant, aquests mecanismes genètics podrien explicar l'evolució del pistil als primers ancestres de totes les plantes amb flors o representar novetats més recents que reflecteixin l'adaptació de les eudicotiledònies. Per tant, calen estudis comparatius en l'altre grup més gran i evolucionat de plantes amb flors, les monocotiledònies, i també en les angiospermes basals.

Aquesta acció Marie Curie "Ricestyle" pretén aclarir part de l'"abominable misteri" mitjançant l'estudi comparatiu del desenvolupament del pistil i la seva base genètica a l'arròs, que és, amb diferència, la principal planta model monocotiledònia i, juntament amb els altres cereals, la principal font de calories a la dieta humana. Durant la primera fase del projecte, al laboratori del Prof. Dabing Zhang (Universitat Jiao Tong de Xangai, Xina), hem desenvolupat totes les eines necessàries per a la caracterització funcional dels gens candidats que podrien estar implicats en la identitat i el patró del teixit pistílic.

Basant-nos en l'homologia amb gens coneguts a Arabidopsis thaliana i altres plantes model eudicotiledònies, hem buscat al genoma de l'arròs gens filogenèticament relacionats i funcionalment equivalents. La nostra feina ha donat com a resultat un estudi complet de la història evolutiva d'aquestes famílies de gens, que servirà de base pels nostres estudis funcionals. A més, la col·laboració entre els dos laboratoris amfitrions va permetre la caracterització de tres factors més de transcripció pertanyents a la subfamília MADS-box de SEPALLATA.

Aquests factors confereixen la identitat de tots els òrgans florals, inclòs el pistil, i per tant són reguladors clau que actuen també aigües amunt a la xarxa molecular per al desenvolupament del carpel. El treball s'ha publicat recentment a Plant Physiology (Wu D, Liang W, Zhu W, Chen M, Ferrandiz C, Burton RA, Dreni L, Zhang D. Plant Physiol. 7 de desembre de 2017. pii: pp.00704.2017. doi: 10.10.10.10.10. A més, hem aïllat un gen que codifica una glutaredoxina, important per al desenvolupament del pistil a l'arròs. Els mutants amb pèrdua de funció no poden produir pistils en aproximadament la meitat de l'espigueta; altrament, produeixen pistils reduïts.

Aquests resultats són, en certa manera, inesperats i podrien representar una innovació evolutiva en monocotiledònies o, si no, també són importants en dicotiledònies, encara que encara no s'han explorat. Per tant, podrien proporcionar una via bidireccional per millorar el nostre coneixement sobre la morfogènesi del pistil en angiospermes. Properament es presentarà un primer article que descriu la funció daquesta glutaredoxina i la seva interacció genètica amb gens didentitat floral i del carpel. A la segona fase del projecte, hem continuat amb el fenotipat i la caracterització dels esmentats mutants, i també hem creat mutants d'ordre superior. Les dades d'aquests experiments van indicar diversos gens amb una funció essencial per determinar la morfologia correcta del carpel a l'arròs. Estem caracteritzant en profunditat les xarxes moleculars regulades per aquests gens i el nostre objectiu és publicar aviat les nostres troballes.