Proxecto H2020 RiceStyle: Evolución do carpelo: Un paseo polo lado do arroz

Con aproximadamente 352.000 especies vivas na Terra, as plantas con flores ou anxiospermas constitúen o grupo existente máis grande e diverso do reino vexetal e aproximadamente o 90% das especies de plantas terrestres. A rápida aparición e diversificación das anxiospermas, documentada por fósiles, foi definida como un "misterio abominable" por Charles Darwin. Sen dúbida, a evolución de novas estruturas reprodutivas, como a flor e a súa parte feminina, o pistilo, xogou un papel fundamental no extraordinario éxito evolutivo das anxiospermas.

Non obstante, descoñécese como evolucionaron estas estruturas, mesmo a nivel molecular. Ademais, despois da polinización, o pistilo e o(s) óvulo(s) que contén convértense en froito e semente(s), respectivamente, que constitúen a parte comestible da maioría dos cultivos. Polo tanto, os estudos moleculares do desenvolvemento do pistilo poden axudar a desentrañar un dos maiores "segredos" da evolución das plantas e proporcionar importantes vantaxes e ferramentas para a mellora específica dos cultivos.

Aínda que xa existe información dispoñible sobre o control xenético da identidade e os padróns dos pistilos, estes datos refírense principalmente a Arabidopsis e algunhas outras plantas modelo de eudicotiledóneas. Polo tanto, estes mecanismos xenéticos poderían explicar a evolución do pistilo nos primeiros antepasados de todas as plantas con flores ou representar desenvolvementos máis recentes que reflicten a adaptación das eudicotiledóneas. Polo tanto, son necesarios estudos comparativos no outro grupo de plantas con flores máis grande e evolucionado, as monocotiledóneas, e tamén nas anxiospermas basais.

Esta Acción ao estilo Marie Curie Ricestyle ten como obxectivo esclarecer parte do "abominable misterio" mediante o estudo comparativo do desenvolvemento do pistilo e a súa base xenética no arroz, que é, con moita diferenza, a planta modelo monocotiledónea máis importante e, xunto con outros cereais, a principal fonte de calorías na dieta humana. Durante a primeira fase do proxecto, no laboratorio do profesor Dabing Zhang (Universidade Jiao Tong de Shanghai, China), desenvolvemos todas as ferramentas necesarias para a caracterización funcional de xenes candidatos que poderían estar implicados na identidade e o patrón do tecido pistilado.

Baseándonos na homoloxía con xenes coñecidos en Arabidopsis thaliana e outras plantas modelo de eudicotiledóneas, buscamos no xenoma do arroz xenes filoxeneticamente relacionados e funcionalmente equivalentes. O noso traballo deu lugar a un estudo exhaustivo da historia evolutiva destas familias de xenes, que servirá de base para os nosos estudos funcionais. Ademais, a colaboración entre os dous laboratorios anfitrións permitiu a caracterización doutros tres factores de transcrición pertencentes á subfamilia MADS-box de SEPALLATA.

Estes factores confiren a identidade de todos os órganos florais, incluído o pistilo, e son, polo tanto, reguladores clave que tamén actúan augas arriba na rede molecular para o desenvolvemento do carpelo. O traballo foi publicado recentemente en Plant Physiology (Wu D, Liang W, Zhu W, Chen M, Ferrandiz C, Burton RA, Dreni L, Zhang D. Plant Physiol. 7 de decembro de 2017. pii: pp.00704.2017. doi: 10.1104/pp.17.00704). Ademais, illamos un xene que codifica a glutaredoxina, que é importante para o desenvolvemento do pistilo no arroz. Os mutantes con perda de función non producen pistilos en aproximadamente a metade da espiguilla; Se non, producen pistilos reducidos.

Estes resultados son, dalgún xeito, inesperados e poderían representar unha innovación evolutiva nas monocotiledóneas ou, no seu defecto, ser tamén importantes nas dicotiledóneas, aínda que aínda non foron explorados. Polo tanto, poderían proporcionar unha vía bidireccional para mellorar o noso coñecemento da morfoxénese do pistilo nas anxiospermas. En breve presentarase un primeiro artigo que describe a función desta glutaredoxina e a súa interacción xenética cos xenes de identidade floral e carpelar. Na segunda fase do proxecto, continuamos coa fenotipificación e caracterización dos mutantes mencionados anteriormente, e tamén creamos mutantes de orde superior. Os datos destes experimentos indicaron varios xenes cunha función esencial na determinación da morfoloxía correcta do carpelo no arroz. Estamos a caracterizar en profundidade as redes moleculares reguladas por estes xenes e o noso obxectivo é publicar os nosos achados en breve.