Projecte H2020 ROOT BARRIERS: Mecanismes moleculars que controlen la diferenciació d'endodermis i exodermis en arrels de tomàquet
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2016 -2019
- Pressupost assignat 239.191,2 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte ROOT BARRIERS
Es preveu que la població mundial arribarà als 11.200 milions de persones per a l'any 2100. Amb el canvi climàtic que s'acosta, la seguretat hídrica i alimentària s'ha convertit en un dels reptes més grans que la humanitat haurà d'afrontar en el futur proper. En aquest context, l'agricultura, com a principal font d'alimentació humana i animal, té especial importància. És urgent millorar i crear cultius més resilients que puguin créixer en condicions de manca d'aigua. L'estudi genètic d'espècies vegetals que han evolucionat i s'han adaptat de manera natural a ambients àrids proporciona una font de coneixement per satisfer aquesta necessitat. A les plantes, el sistema radicular és responsable d'absorbir aigua i nutrients del sòl. Quan les condicions ambientals són adverses, com la sequera, les arrels hi han de respondre. Hi ha tipus cel·lulars específics a l'arrel de la planta, l'endodermis i l'exodermis, que en diferenciar-se formen barreres que ajuden a afrontar aquestes condicions adverses. No obstant això, fins ara, es desconeixen els factors moleculars que controlen la diferenciació de l'exodermis, així com si els mecanismes reguladors que en determinen el desenvolupament són els mateixos o diferents. El projecte ROOT BARRIERS ha abordat aquestes preguntes amb l'estudi de la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis al tomàquet, una espècie vegetal que desenvolupa les dues capes. Hem estudiat la diferenciació de l'exodermis i l'endodermis utilitzant les espècies domesticades Solanum lycopersicum M82 i Solanum pennellii silvestre, ja que tenen diferent morfologia radicular i desenvolupament cel·lular i hem trobat que difereixen en les seves característiques de diferenciació. A més, els nostres resultats suggereixen que la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis a la tomaca no comparteix els mateixos reguladors moleculars. Alguns estudis han revelat que la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis passa precoçment en resposta a l'estrès salí. El projecte ROOT BARRIERS s'ha proposat estudiar com l'estrès salí afecta la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis a les arrels del tomàquet utilitzant també S. lycopersicum 'M82' i S. pennellii. A més, el paper d'aquests dos tipus cel·lulars és especialment interessant, ja que S. pennellii és una espècie tolerant a la salinitat, cosa que suggereix que l'entorn pot regular directament el desenvolupament d'un tipus cel·lular específic. Hem generat plantes transgèniques estables per aïllar l'ARN missatger específicament de l'endodermis i exodermis en condicions de control i estrès salí. D'aquesta manera, podrem identificar els reguladors implicats en la diferenciació dels dos tipus cel·lulars i com l'estrès salí influeix en el control de la seva diferenciació a nivell molecular.
Treball realitzat des de l'inici del projecte
- Patró d'expressió dels gens SlCASPs, SlSGN3, SlCIF2, SlMYB36 a l'arrel del tomàquet.
- Localització de les proteïnes SlCASP a l'arrel del tomàquet.
- Marc de desenvolupament per a la diferenciació d'endodermis i exodermis a Solanum lycopersicum i Solanum pennelli en condicions de control i estrès salí.
- Identificació d'un promotor d'exodermis específic.
- Generació de línies INTACT i TRAP per perfilar l'ARNm de l'endodermis i exodermis a Solanum lycopersicum i Solanum pennelli.
- Prova de la ruta apoplàstica a l'exodermis i endodermis utilitzant traçadors específics.
- Mutants CRISPR per a gens candidats potencialment implicats en la diferenciació d'endodermis i exodermis.
- Perfil de transcripció d'endodermis i exodermis en condicions de control i estrès salí.
Resultats obtinguts - Hi ha diferents marcs de desenvolupament per a la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis al tomàquet.
- Cap dels actors moleculars d'Arabidopsis, que controlen la diferenciació de l'endodermis, homòlegs a la tomaca mostren un patró d'expressió específic a l'endodermis o l'exodermis, ja que almenys s'expressen en tots dos. Alguns també s'expressen a les cèl·lules de l'escorça i l'epidermis.
- Hem identificat un promotor específic de l'exodermis. Podrem perfilar específicament l'ARNm de les cèl·lules de l'exodermis utilitzant els protocols INTACT i TRAP.
- L'estrès salí està afectant de forma diferencial el desenvolupament radicular i la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis a Solanum lycopersicum i Solanum pennelli.
- L'exodermis del tomàquet mostra una resposta plàstica a la formació de les barreres apoplàstiques en condicions d'estrès salí.
Explotació i difusió dels resultats
Els resultats del projecte Root Barriers es van presentar a les següents conferències: - Presentació del pòster. 8è Simposi Internacional de Desenvolupament Radicular. Umea (Suècia, 2017)
- Presentació del pòster. Reunió de FASEB. Vermont (EUA) (2017)
- Presentació oral. Desenvolupament vegetal i estrès hídric. Asilomar (EUA) (2017)
- Presentació del pòster. XIV Reunió de Biologia Molecular de Plantes. Salamanca (Espanya) (2018).
- Presentació del pòster. 10è Simposi Internacional de la ISRR. Israel (2018
Es preveu que la població mundial arribarà als 11.200 milions de persones per a l'any 2100. Amb el canvi climàtic que s'acosta, la seguretat hídrica i alimentària s'ha convertit en un dels reptes més grans que la humanitat haurà d'afrontar en el futur proper. En aquest context, l'agricultura, com a principal font d'alimentació humana i animal, té especial importància. És urgent millorar i crear cultius més resilients que puguin créixer en condicions de manca d'aigua.
L'estudi genètic d'espècies vegetals que han evolucionat i s'han adaptat de manera natural a ambients àrids proporciona una font de coneixement per satisfer aquesta necessitat. A les plantes, el sistema radicular és responsable d'absorbir aigua i nutrients del sòl. Quan les condicions ambientals són adverses, com la sequera, les arrels hi han de respondre. Hi ha tipus cel·lulars específics a l'arrel de la planta, l'endodermis i l'exodermis, que en diferenciar-se formen barreres que ajuden a afrontar aquestes condicions adverses.
No obstant això, fins ara, es desconeixen els factors moleculars que controlen la diferenciació de l'exodermis, així com si els mecanismes reguladors que en determinen el desenvolupament són els mateixos o diferents.
El projecte ROOT BARRIERS ha abordat aquestes preguntes amb l'estudi de la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis al tomàquet, una espècie vegetal que desenvolupa les dues capes. Hem estudiat la diferenciació de l'exodermis i l'endodermis utilitzant les espècies domesticades Solanum lycopersicum M82 i Solanum pennellii silvestre, ja que tenen diferent morfologia radicular i desenvolupament cel·lular i hem trobat que difereixen en les seves característiques de diferenciació.
A més, els nostres resultats suggereixen que la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis a la tomaca no comparteix els mateixos reguladors moleculars. Alguns estudis han revelat que la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis passa precoçment en resposta a l'estrès salí.
El projecte ROOT BARRIERS s'ha proposat estudiar com l'estrès salí afecta la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis a les arrels del tomàquet utilitzant també S. lycopersicum 'M82' i S. pennellii. A més, el paper d'aquests dos tipus cel·lulars és especialment interessant, ja que S. pennellii és una espècie tolerant a la salinitat, cosa que suggereix que l'entorn pot regular directament el desenvolupament d'un tipus cel·lular específic. Hem generat plantes transgèniques estables per aïllar l'ARN missatger específicament de l'endodermis i exodermis en condicions de control i estrès salí. D'aquesta manera, podrem identificar els reguladors implicats en la diferenciació dels dos tipus cel·lulars i com l'estrès salí influeix en el control de la seva diferenciació a nivell molecular.
El sistema radicular ancora la planta i les seves cèl·lules absorbeixen aigua i nutrients. Atès que les plantes són organismes sèssils, controlar l'entrada de compostos externs és essencial per a la supervivència. A les plantes vasculars, l'endodermis és la capa cel·lular més interna del teixit fonamental de l'arrel, que controla l'entrada a la vasculatura vegetal mitjançant la formació d'una barrera per a la difusió lliure de soluts des del sòl. A més, moltes espècies vegetals també contenen una capa d'exodermis que també actua com a barrera. L'exodermis es troba interna a la capa de l'epidermis.
En un estat diferenciat, les cèl·lules de les dues capes contenen una banda de Casparia. A Arabidopsis, la banda de Casparia és una estructura similar a la lignina que es diposita com un anell a la secció transversal de les cèl·lules i al voltant de la paret cel·lular secundària. Recentment s'ha descrit el marc de desenvolupament de la diferenciació de l'endodermis a Arabidopsis i s'han identificat alguns actors moleculars importants.
Aquí, explorem si la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis es regulen de manera semblant. Atès que Arabidopsis no té exodermis, el projecte proposat utilitzarà l'arrel del tomàquet com a sistema model per abordar la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis a nivell fenotípic i molecular. A més, s'analitzaran les diferències entre espècies que creixen en entorns similars a l'entorn a què s'han adaptat.
Per abordar aquest problema, s'utilitzaran eines i tecnologies de recent desenvolupament per obtenir un transcriptoma específic per a cada tipus de cèl·lula de l'arrel del tomàquet, així com les anàlisis de dades necessàries per a la biologia de sistemes i els enfocaments genòmics. El projecte proposat aportarà nous coneixements sobre el desenvolupament de l'endodermis i l'exodermis al tomàquet a nivell fenotípic i molecular, i asseurà les bases per al seu estudi en altres espècies vegetals.
Fins ara, no se sap el mecanisme molecular que controla la diferenciació de l'exodermis, ja que l'organisme model Arabidopsis thaliana no la forma. L'endodermis i l'exodermis formen barreres que controlen l'entrada d'aigua i soluts del terra.
Amb el projecte ROOT BARRIERS, utilitzant el tomàquet com a sistema model, descriurem per primer cop si els factors moleculars que controlen la diferenciació de l'endodermis i l'exodermis són iguals o diferents. A més, estem estudiant dues espècies de tomàquet que difereixen en la seva adaptabilitat a la sequera. La comparació de la resposta de l'endodermis i l'exodermis a condicions salines en aquestes dues espècies ens permetrà dilucidar si una resposta diferencial en aquests tipus cel·lulars mitjana la seva tolerància diferent a l'estrès hídric. Elucidar els gens que controlen la formació d‟aquestes barreres ens ajudarà a modular la resposta radicular en condicions d‟estrès com la sequera i la salinitat.
L‟impacte socioeconòmic a llarg termini d‟aquest projecte es basarà en la generació de cultius més resilients que puguin créixer en condicions de sequera, ja que es preveu un augment de les zones desèrtiques amb el canvi climàtic que s‟acosta.
- CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
Projectes relacionats
