Proxecto H2020 BARREIRAS RAÍCES: Mecanismos moleculares que controlan a diferenciación da endoderma e a exoderma nas raíces do tomate
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2016 -2019
- Orzamento asignado 239.191,2 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto ROOT BARRIERS
Espérase que a poboación mundial alcance os 11.200 millóns de habitantes para o ano 2100. Co cambio climático inminente, a seguridade hídrica e alimentaria converteuse nun dos maiores desafíos aos que se enfrontará a humanidade no futuro próximo. Neste contexto, a agricultura, como principal fonte de alimentación humana e animal, cobra especial importancia. É urxente mellorar e crear cultivos máis resistentes que poidan medrar en condicións de escaseza de auga. O estudo xenético das especies vexetais que evolucionaron e se adaptaron naturalmente a ambientes áridos proporciona unha fonte de coñecemento para satisfacer esta necesidade. Nas plantas, o sistema radicular é o responsable de absorber auga e nutrientes do solo. Cando as condicións ambientais son adversas, como a seca, as raíces deben responder a elas. Hai tipos celulares específicos na raíz da planta, a endoderme e a exoderme, que, ao diferenciarse, forman barreiras que axudan a facer fronte a estas condicións adversas. Non obstante, até o de agora, descoñécense os factores moleculares que controlan a diferenciación da exoderme, así como se os mecanismos reguladores que determinan o seu desenvolvemento son os mesmos ou diferentes. O proxecto ROOT BARRIERS abordou estas cuestións estudando a diferenciación da endoderme e a exoderme no tomate, unha especie de planta que desenvolve ambas as capas. Estudamos a diferenciación da exoderme e a endoderme empregando as especies domesticadas Solanum lycopersicum 'M82' e Solanum pennellii silvestre, xa que teñen unha morfoloxía radicular e un desenvolvemento celular diferentes e descubrimos que difiren nas súas características de diferenciación. Ademais, os nosos resultados suxiren que a diferenciación da endoderme e a exoderme no tomate non comparte os mesmos reguladores moleculares. Algúns estudos revelaron que a diferenciación da endoderme e a exoderme ocorre cedo en resposta ao estrés salino. O proxecto ROOT BARRIERS tivo como obxectivo estudar como o estrés salino afecta á diferenciación da endoderme e a exoderme nas raíces do tomate, empregando tamén *S. lycopersicum* 'M82' e *S. pennellii*. Ademais, o papel destes dous tipos celulares é de particular interese, xa que S. pennellii é unha especie tolerante á salinidade, o que suxire que o ambiente pode regular directamente o desenvolvemento dun tipo celular específico. Xeramos plantas transxénicas estables para illar ARN mensaxeiro especificamente da endoderme e da exoderme en condicións controladas e de estrés salino. Deste xeito, poderemos identificar os reguladores implicados na diferenciación destes dous tipos de células e como o estrés salino inflúe no control da súa diferenciación a nivel molecular.
Traballo realizado desde o inicio do proxecto
- Patrón de expresión dos xenes SlCASP, SlSGN3, SlCIF2 e SlMYB36 na raíz do tomate.
- Localización das proteínas SlCASP na raíz do tomate.
- Marco de desenvolvemento para a diferenciación da endoderme e da exoderme en Solanum lycopersicum e Solanum pennelli baixo condicións de control e estrés salino.
- Identificación dun promotor específico da exoderme.
- Xeración de liñas INTACT e TRAP para debuxar o ARNm da endoderme e a exoderme en Solanum lycopersicum e Solanum pennelli.
- Proba da vía apoplásica na exoderme e na endoderme empregando trazadores específicos.
- Mutantes CRISPR para xenes candidatos potencialmente implicados na diferenciación endodérmica e exodérmica.
- Perfil de transcrición da endoderme e da exoderme en condicións de control e estrés salino.
Resultados obtidos - Existen diferentes marcos de desenvolvemento para a diferenciación da endoderme e a exoderme no tomate.
- Ningún dos actores moleculares de *Arabidopsis* que controlan a diferenciación da endoderme, homólogos ao tomate, mostra un patrón de expresión específico nin na endoderme nin na exoderme, xa que polo menos exprésanse en ambos. Algúns deles tamén se expresan nas células do córtex e da epiderme.
- Identificamos un promotor específico da exoderme. Poderemos crear perfiles específicos do ARNm das células da exoderme empregando os protocolos INTACT e TRAP.
- O estrés salino está a afectar de xeito diferencial o desenvolvemento das raíces e a diferenciación da endoderme e a exoderme en *Solanum lycopersicum* e *Solanum pennelli*.
- A exoderme do tomate mostra unha resposta plástica na formación de barreiras apoplásicas en condicións de estrés salino.
Explotación e difusión de resultados
Os resultados do proxecto Barreiras Raíces presentáronse nas seguintes conferencias: - Presentación de póster. 8º Simposio Internacional sobre Desenvolvemento Radicular. Umeå (Suecia, 2017)
- Presentación de póster. Reunión da FASEB. Vermont (EUA) (2017)
- Presentación oral. Desenvolvemento vexetal e estrés hídrico. Asilomar (EE. UU.) (2017)
- Presentación de póster. XIV Reunión sobre Bioloxía Molecular Vexetal. Salamanca (España) (2018).
- Presentación de póster. 10º Simposio Internacional da ISRR. Israel (2018)
Espérase que a poboación mundial alcance os 11.200 millóns de habitantes para o ano 2100. Co cambio climático inminente, a seguridade hídrica e alimentaria converteuse nun dos maiores desafíos aos que se enfrontará a humanidade no futuro próximo. Neste contexto, a agricultura, como principal fonte de alimentación humana e animal, cobra especial importancia. É urxente mellorar e crear cultivos máis resistentes que poidan medrar en condicións de escaseza de auga.
O estudo xenético das especies vexetais que evolucionaron e se adaptaron naturalmente a ambientes áridos proporciona unha fonte de coñecemento para satisfacer esta necesidade. Nas plantas, o sistema radicular é o responsable de absorber auga e nutrientes do solo. Cando as condicións ambientais son adversas, como a seca, as raíces deben responder a elas. Hai tipos celulares específicos na raíz da planta, a endoderme e a exoderme, que, ao diferenciarse, forman barreiras que axudan a facer fronte a estas condicións adversas.
Non obstante, até o de agora, descoñécense os factores moleculares que controlan a diferenciación da exoderme, así como se os mecanismos reguladores que determinan o seu desenvolvemento son os mesmos ou diferentes.
O proxecto ROOT BARRIERS abordou estas cuestións estudando a diferenciación da endoderme e a exoderme no tomate, unha especie de planta que desenvolve ambas as capas. Estudamos a diferenciación da exoderme e a endoderme empregando as especies domesticadas Solanum lycopersicum 'M82' e Solanum pennellii silvestre, xa que teñen unha morfoloxía radicular e un desenvolvemento celular diferentes e descubrimos que difiren nas súas características de diferenciación.
Ademais, os nosos resultados suxiren que a diferenciación da endoderme e a exoderme no tomate non comparte os mesmos reguladores moleculares. Algúns estudos revelaron que a diferenciación da endoderme e a exoderme ocorre cedo en resposta ao estrés salino.
O proxecto ROOT BARRIERS tivo como obxectivo estudar como o estrés salino afecta á diferenciación da endoderme e a exoderme nas raíces do tomate, empregando tamén *S. lycopersicum* 'M82' e *S. pennellii*. Ademais, o papel destes dous tipos celulares é de particular interese, xa que S. pennellii é unha especie tolerante á salinidade, o que suxire que o ambiente pode regular directamente o desenvolvemento dun tipo celular específico. Xeramos plantas transxénicas estables para illar ARN mensaxeiro especificamente da endoderme e da exoderme en condicións controladas e de estrés salino. Deste xeito, poderemos identificar os reguladores implicados na diferenciación destes dous tipos de células e como o estrés salino inflúe no control da súa diferenciación a nivel molecular.
O sistema radicular sostén a planta e as súas células absorben auga e nutrientes. Dado que as plantas son organismos sésiles, controlar a entrada de compostos externos é esencial para a súa supervivencia. Nas plantas vasculares, a endoderme é a capa celular máis interna do tecido fundamental da raíz, que controla a entrada na vasculatura da planta formando unha barreira para a libre difusión de solutos do solo. Ademais, moitas especies de plantas conteñen tamén unha capa de exoderme que tamén actúa como barreira. A exoderme está situada na parte interna da capa de epiderme.
Nun estado diferenciado, as células de ambas as capas conteñen unha banda de Caspary. En *Arabidopsis*, a banda de Caspary é unha estrutura semellante á lignina que se deposita como un anel na sección transversal das células e arredor da parede celular secundaria. Recentemente, describiuse o marco de desenvolvemento da diferenciación endodérmica en Arabidopsis e identificáronse algúns actores moleculares importantes.
Aquí, exploramos se a diferenciación da endoderme e a exoderme está regulada de xeito similar. Dado que *Arabidopsis* carece de exoderme, o proxecto proposto empregará a raíz do tomate como sistema modelo para abordar a diferenciación da endoderme e a exoderme a nivel fenotípico e molecular. Ademais, analizaranse as diferenzas entre especies que medran en ambientes similares a aquel ao que se adaptaron.
Para abordar este problema, empregaranse ferramentas e tecnoloxías recentemente desenvolvidas para obter un transcriptoma específico do tipo de célula a partir da raíz do tomate, así como a análise de datos necesaria para a bioloxía de sistemas e as abordaxes xenómicas. O proxecto proposto proporcionará novos coñecementos sobre o desenvolvemento da endoderme e a exoderme no tomate a nivel fenotípico e molecular, e sentará as bases para o seu estudo noutras especies vexetais.
Ata a data, descoñécese o mecanismo molecular que controla a diferenciación da exoderme, xa que o organismo modelo Arabidopsis thaliana non a forma. A endoderme e a exoderme forman barreiras que controlan a entrada de auga e solutos do solo.
Co proxecto ROOT BARRIERS, empregando o tomate como sistema modelo, describiremos por primeira vez se os factores moleculares que controlan a diferenciación da endoderme e a exoderme son os mesmos ou diferentes. Ademais, estamos a estudar dúas especies de tomate que difiren na súa adaptabilidade á seca. Comparar a resposta da endoderme e a exoderme a condicións salinas nestas dúas especies permitiranos dilucidar se unha resposta diferencial nestes tipos de células media a súa diferente tolerancia ao estrés hídrico. Elucidar os xenes que controlan a formación destas barreiras axudaranos a modular a resposta das raíces en condicións de estrés como a seca e a salinidade.
O impacto socioeconómico a longo prazo deste proxecto basearase no desenvolvemento de cultivos máis resistentes que poidan medrar en condicións de seca, xa que se prevé un aumento das zonas desérticas co inminente cambio climático.
- CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
Proxectos relacionados
