Análisis genético del papel multifuncional de PEP y otros genes con motivos de unión a RNA durante el desarrollo reproductivo de Arabidopsis thaliana

Abstract

El conocimiento del desarrollo reproductivo de las plantas, además de los numerosos retos científicos que plantea, tiene un interés aplicado y económico innegable. El éxito reproductivo de una angiosperma depende de una concatenación de procesos de desarrollo sucesivos. Éstos incluyen la decisión sobre el momento de la floración, la formación de flores, óvulos y polen, sus correspondientes gametófitos, la fertilización, la producción de frutos y semillas y, finalmente, la germinación. Para coordinar todos estos procesos es necesario integrar numerosas señales endógenas y del entorno, para lo que la planta está dotada de complejos circuitos de control genético. Se ha progresado enormemente en la identificación de genes involucrados en cada una de estas etapas del desarrollo reproductivo, así como en dilucidar sus vínculos jerárquicos y funcionales. Muchos de estos genes codifican factores de transcripción. En todos los organismos, no obstante, cada vez resulta más evidente la importancia de actividades de regulación génica que operan postranscripcionalmente, afectando a más de un proceso molecular, incluyendo la transcripción, y aportando un mayor nivel de control y ajuste de la expresión. Algunas de estas actividades postranscripcionales participan en diversos programas fisiológicos o de desarrollo, por lo que su versatilidad podría contribuir a la coordinación entre etapas sucesivas. Con estas premisas, se planteó una estrategia de análisis genético para investigar el impacto de PEPPER (PEP) y otros genes codificantes de presuntos factores postranscripcionales durante distintas etapas del desarrollo reproductivo de la planta modelo Arabidopsis thaliana. En esta Tesis se ha continuado la caracterización genética y funcional de PEP, un gen que codifica un polipéptido con tres motivos de unión a RNA de tipo Khomology (KH). Comprobamos que PEP activa a FLOWERING LOCUS C (FLC), un gen MADS-box clave para la inhibición de la floración, por lo que antagoniza a FLOWERING LOCUS KH DOMAIN (FLK), un parálogo cercano de PEP y miembro de la ruta autónoma de floración. PEP actúa en colaboración con HUA2, una proteína de tipo RPR implicada en el procesamiento de pre-mRNA. Además, se muestra que las proteínas PEP y FLK interaccionan físicamente. También se muestra que PEP interactúa genéticamente con HUA1, HUA2 y HUA ENHANCER 4 (HEN4), genes previamente identificados como reguladores del gen MADS-box AGAMOUS (AG), los cuales codifican distintas proteínas de unión a RNA sin relación estructural entre sí. Diversas combinaciones de alelos mutantes hua1, hua2, hen4 y pep indican que PEP ejerce un importante papel en el mantenimiento de la función C ejercida por AG, crucial para el desarrollo de la flor, al contribuir al correcto procesamiento de su pre-mRNA. Significativamente, la proteína PEP forma heterodímeros tanto con HUA1 como con HEN4. También presentamos resultados que muestran cómo FLK, en lugar de actuar como antagonista, colabora con PEP, HUA1 y HUA2 en otros procesos de desarrollo, incluyendo la morfogénesis floral. Es más, FLK también interactúa físicamente con HUA1 y HEN4. Por tanto, proponemos la existencia de una actividad génica conjunta que hemos dado en llamar HUA-PEP, compuesta por factores como PEP, FLK, HUA1, HUA2 y HEN4, que regulan a sus genes diana transcripcional y postranscripcionalmente. Nuestro análisis genético indica que la actividad HUA-PEP no se detiene en la organogénesis floral y regula la adquisición de identidad de los óvulos. En consonancia, en nuestras estirpes mutantes hua-pep se registró un descenso de la expresión de genes MADS-box de función D, SHATTERPROOF1 (SHP1), SHP2 y SEEDSTICK (STK). Llamativamente, se detectó la presencia de la proteína APETALA1 (AP1) en los órganos ectópicos que se forman en lugar de óvulos, insinuando una transformación de tipo sepaloide. Por último, se muestra que la perturbación de la actividad HUA-PEP puede interferir con el desarrollo del gametófito femenino. En conjunto, los resultados perfilan una actividad genética que opera durante el desarrollo reproductivo mediante el mantenimiento de la función de genes fundamentales en sus distintas etapas. Se discuten posibles mecanismos de acción molecular.