Proyecto H2020 RiceStyle:Evolución del carpelo: un paseo por el lado del arroz

Con aproximadamente 352.000 especies vivas en la Tierra, las plantas con flores o angiospermas constituyen el grupo existente más grande y diverso del reino vegetal, y aproximadamente el 90% de las especies de plantas terrestres. La rápida aparición y diversificación de las angiospermas, documentada por fósiles, fue definida como un "misterio abominable" por Charles Darwin. Sin duda, la evolución de nuevas estructuras reproductivas, como la flor y su parte femenina, el pistilo, tuvo un papel fundamental en el extraordinario éxito evolutivo de las angiospermas. Sin embargo, aún se desconoce cómo evolucionaron estas estructuras, también a nivel molecular. Además, tras la polinización, el pistilo y el/los óvulo(s) en su interior se convierten en fruto y semilla(s), respectivamente, que son la parte comestible de la mayoría de los cultivos. Por lo tanto, los estudios moleculares sobre el desarrollo del pistilo pueden ayudar a esclarecer uno de los mayores "secretos" de la evolución vegetal y aportar importantes ventajas y herramientas para la mejora específica de los cultivos. Si bien ya se dispone de información sobre el control genético de la identidad y el patrón del pistilo, estos datos se refieren principalmente a Arabidopsis y a algunas otras plantas modelo eudicotiledóneas. Por lo tanto, estos mecanismos genéticos podrían explicar la evolución del pistilo en los primeros ancestros de todas las plantas con flores o representar novedades más recientes que reflejen la adaptación de las eudicotiledóneas. Por consiguiente, se necesitan estudios comparativos en el otro grupo más grande y evolucionado de plantas con flores, las monocotiledóneas, y también en las angiospermas basales. Esta acción Marie Curie «Ricestyle» pretende aclarar parte del «abominable misterio» mediante el estudio comparativo del desarrollo del pistilo y su base genética en el arroz, que es, con diferencia, la principal planta modelo monocotiledónea y, junto con los demás cereales, la principal fuente de calorías en la dieta humana. Durante la primera fase del proyecto, en el laboratorio del Prof. Dabing Zhang (Universidad Jiao Tong de Shanghái, China), hemos desarrollado todas las herramientas necesarias para la caracterización funcional de los genes candidatos que podrían estar implicados en la identidad y el patrón del tejido pistílico. Basándonos en la homología con genes conocidos en Arabidopsis thaliana y otras plantas modelo eudicotiledóneas, hemos buscado en el genoma del arroz genes filogenéticamente relacionados y funcionalmente equivalentes. Nuestro trabajo ha dado como resultado un estudio completo de la historia evolutiva de estas familias de genes, que servirá de base para nuestros estudios funcionales. Además, la colaboración entre los dos laboratorios anfitriones permitió la caracterización de otros tres factores de transcripción pertenecientes a la subfamilia MADS-box de SEPALLATA. Estos factores confieren la identidad de todos los órganos florales, incluido el pistilo, y por lo tanto son reguladores clave que actúan también aguas arriba en la red molecular para el desarrollo del carpelo. El trabajo se ha publicado recientemente en Plant Physiology (Wu D, Liang W, Zhu W, Chen M, Ferrandiz C, Burton RA, Dreni L, Zhang D. Plant Physiol. 7 de diciembre de 2017. pii: pp.00704.2017. doi: 10.1104/pp.17.00704). Además, hemos aislado un gen que codifica una glutaredoxina, importante para el desarrollo del pistilo en el arroz. Los mutantes con pérdida de función no pueden producir pistilos en aproximadamente la mitad de la espiguilla; de lo contrario, producen pistilos reducidos. Estos resultados son, en cierto modo, inesperados y podrían representar una innovación evolutiva en monocotiledóneas o, en su defecto, ser también importantes en dicotiledóneas, aunque aún no se han explorado. Por lo tanto, podrían proporcionar una vía bidireccional para mejorar nuestro conocimiento sobre la morfogénesis del pistilo en angiospermas. Próximamente se presentará un primer artículo que describe la función de esta glutaredoxina y su interacción genética con genes de identidad floral y del carpelo. En la segunda fase del proyecto, hemos continuado con el fenotipado y la caracterización de los mutantes mencionados, y también hemos creado mutantes de orden superior. Los datos de estos experimentos indicaron varios genes con una función esencial para determinar la morfología correcta del carpelo en el arroz. Estamos caracterizando en profundidad las redes moleculares reguladas por estos genes y nuestro objetivo es publicar nuestros hallazgos pronto.