Proxecto RiceStyle H2020: Carpel Evolution: Un paseo polo lado do arroz
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2016 -2018
- Orzamento asignado 223.120,8 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto RiceStyle
Con aproximadamente 352.000 especies vivas na Terra, as plantas con flores ou as anxiospermas constitúen o grupo máis grande e diverso existente no reino vexetal, e aproximadamente o 90% das especies vexetais 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 reprodutoras, como a flor e a súa parte feminina, o pistilo, tivo un papel fundamental no extraordinario éxito evolutivo das anxiospermas.
Non obstante, aínda se descoñece como evolucionaron estas estruturas, incluso a nivel molecular. Ademais, despois da polinización, o pistilo e o óvulo(s) que hai no seu interior convértense en froitos e semente(s), respectivamente, que son a parte comestible da maioría dos cultivos. Polo tanto, os estudos moleculares do desenvolvemento do pistilo poden axudar a desvelar un dos maiores "segredos" da evolución das plantas e proporcionar importantes vantaxes e ferramentas para a mellora específica dos cultivos.
Aínda que xa está dispoñible información sobre o control xenético da identidade e patróns do pistilo, estes datos están relacionados principalmente con Arabidopsis e algunhas outras plantas modelo de eudicot. 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 máis grande e evolucionado de plantas con flores, as monocotiledóneas, e tamén nas anxiospermas basais.
Esta acción Marie Curie Ricestyle pretende esclarecer parte do "abominable misterio" estudando comparativamente o desenvolvemento do pistilo e a súa base xenética no arroz, que é con 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 de Shanghai Jiao Tong, China), desenvolvemos todas as ferramentas necesarias para a caracterización funcional dos xenes candidatos que poderían estar implicados na identidade e patrón do tecido pistilado.
Baseándonos na homoloxía con xenes coñecidos en Arabidopsis thaliana e noutras plantas modelo de eudicot, buscamos no xenoma do arroz xenes filoxenéticamente relacionados e funcionalmente equivalentes. O noso traballo deu como resultado 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 caracterizar outros tres factores de transcrición pertencentes á subfamilia SEPALLATA MADS-box.
Estes factores confieren 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 publicouse 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; En caso contrario, producen pistilos reducidos.
Estes resultados son, en certo modo, inesperados e poderían representar unha innovación evolutiva en monocotiledóneas ou, no seu defecto, ser tamén importantes en 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 no que se describe a función desta glutaredoxina e a súa interacción xenética con xenes de identidade floral e carpelo. Na segunda fase do proxecto seguimos coa fenotipificación e caracterización dos mencionados mutantes, e tamén creamos mutantes de orde superior. Os datos destes experimentos indicaron varios xenes cunha función esencial para determinar a correcta morfoloxía do carpelo no arroz. Estamos caracterizando profundamente as redes moleculares reguladas por estes xenes e pretendemos publicar os nosos descubrimentos en breve.
As plantas con flores (anxiospermas) protexen a súa estrutura reprodutora feminina, o óvulo, dentro dun carpelo. Despois da fecundación do saco embrionario polo tubo polínico, o óvulo transfórmase gradualmente nunha semente e o carpelo nun froito. O carpelo é, polo tanto, unha estrutura evolutivamente conservada, pero cunha notable variabilidade na forma e na función.
Varios factores de transcrición que rexen os principais aspectos da formación dos carpelos e da morfoxénese están ben caracterizados no modelo de planta eudicot Arabidopsis thaliana. Estudos evo-devo máis recentes suxiren que algúns destes factores de transcrición consérvanse funcionalmente, polo menos en eudicots.
Non obstante, este coñecemento dista moito de ser completo, especialmente cando se consideran os taxóns de anxiospermas basais e as monocotiledóneas. Esta proposta pretende investigar con maior profundidade estes fenómenos, utilizando o arroz (Oryza sativa) como principal especie modelo, e realizar posteriormente estudos comparativos con outras especies de importancia evolutiva.
O obxectivo final é ampliar o coñecemento sobre a maquinaria transcripcional que rexe o desenvolvemento do carpelo e o seu grao de conservación funcional entre os taxons de anxiospermas máis relevantes, mediante técnicas innovadoras. Esta proposta tamén permitirá abordar novas evidencias sobre as vías moleculares que actúan nas fases finais desta rede transcripcional.
Actualmente, demostramos a importancia de varios xenes candidatos na determinación da identidade e desenvolvemento do carpelo do arroz e de cada unha das súas partes (ovario, estilo e estigma), demostrando unha importante conservación da rede molecular proposta entre as plantas con flores e confirmando a súa orixe ancestral común.
As plantas con flores (anxiospermas) protexen a súa estrutura reprodutora feminina, o óvulo, dentro dun carpelo. Despois de que o saco embrionario sexa fecundado polo tubo polínico, o óvulo desenvólvese gradualmente nunha semente e o carpelo convértese nun froito. O carpelo é, polo tanto, unha estrutura evolutivamente conservada, pero que mostra unha variabilidade excepcional na forma e na función. Varios factores de transcrición que dirixen os principais aspectos da formación dos carpelos e da morfoxénese están bastante ben caracterizados no modelo de planta eudicota Arabidopsis thaliana.
Estudos evo-devo máis recentes suxiren que algúns destes factores de transcrición consérvanse funcionalmente, polo menos nas plantas eudicot. Non obstante, este coñecemento está lonxe de ser completo, especialmente cando se consideran taxas de anxiospermas basais e monocotiledóneas.
Esta proposta pretende investigar con máis profundidade estes fenómenos, utilizando o arroz (Oryza sativa) como principal especie modelo, e, posteriormente, realizar estudos comparativos noutras especies significativas evolutivamente.
O obxectivo final é conseguir un coñecemento máis amplo da maquinaria transcripcional que rexe o desenvolvemento do carpelo e o seu grao de conservación funcional entre os taxons de anxiospermas máis relevantes, mediante técnicas innovadoras. A proposta tamén nos permitirá abordar novas evidencias sobre as vías moleculares que actúan nesta rede transcripcional. A proposta terá un impacto significativo na futura investigación básica e aplicada, abordando o obxectivo de Horizonte 2020 de investir en empregos futuros e reforzar a posición da UE en investigación, innovación e tecnoloxía, desenvolvemento sostible, cambio climático e ciencia excelente.
Espéranse conclusións importantes e avances cara ao final da segunda fase. Podemos afirmar que o progreso máis alá da arte é significativo, principalmente en torno ao papel aínda non descrito dalgúns xenes clave no desenvolvemento do carpelo do arroz, o que confirma unha das nosas hipóteses iniciais. Ademais, o traballo sobre os xenes SEP e glutaredoxina descubriu novas interaccións e xerou novos coñecementos para incorporar ao noso modelo de desenvolvemento do pistilo.
Ao rematar o proxecto, pensamos realizar experimentos adicionais e incorporar os resultados a un novo modelo de desenvolvemento do pistilo en monocotiledóneas, pouco estudado ata o momento. Espéranse dúas ou tres publicacións máis en revistas de alto impacto. Entender como se forman e desenvolven os pistilos e, polo tanto, os grans en monocotiledóneas pode axudar a aumentar o rendemento dos cultivos de cereais.
O impacto na carreira do investigador foi significativo. Xa publicou unha publicación e está a preparar outra, proporcionoulle unha ampla e sólida rede de colaboracións en Asia e Australia, con acceso a importantes recursos, e dotoulle dunha ampla capacidade de liderado. Todo iso permitiulle optar a varios postos fixos en España, como o Programa Ramón y Cajal, entre outros.
A principal contribución ao laboratorio de acollida e ao instituto é a implementación da investigación do arroz en xenética do desenvolvemento, un obxectivo de longa data do grupo. Dado que Valencia é unha rexión de cultivo de arroz, as implicacións socioeconómicas tamén poden ser importantes para desenvolver novos vínculos cos produtores e criadores de variedades locais.
- CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
Proxectos relacionados
