Biología Molecular de Plantas

Pablo D. Cerdán - Fundación Instituto Leloir

idioma:

Cuando tenemos frío o calor, o la luz nos molesta, podemos buscar reparo, acercarnos a una fuente de agua o a la sombra de un árbol; si nos falta alimento, podemos desplazarnos en su búsqueda; dicho comportamiento es una constante en el reino animal. Ahora bién, las plantas son sésiles; estarán en el mismo lugar cuando llueva o nieve, cuando haga calor o los rayos UV lleguen con más fuerza, con viento o sin él, con humedad o falta de agua y si faltase alimento, no habría como desplazarse en su búsqueda. Durante la evolución, las plantas han desarrollado notables mecanismos de aclimatación al ambiente, los cuales les permiten sobrevivir en condiciones desfavorables y aprovechar al máximo las condicones favorables. A medida que los días se acortan ante la llegada del otoño, las plantas anticipan la llegada del invierno. La caída de las hojas es una respuesta a ello y la protección de las yemas, que permanecerán dormidas hasta la llegada de la primavera. Durante el invierno resistirán, pero cuando los días comiencen a alargarse, anticiparán la llegada de la primavera, se restablecerá el crecimiento y eventualmente florecerán de forma que el fruto se desarrolle en condiciones benignas. Si hay plantas vecinas que limiten la recepción de luz, alargarán sus tallos, evitando la sombra, para poder obtener su alimento, la luz. Las plantas no se mueven, pero alteran su morfología ante estímulos externos. Nada de esto sería posible sin la presencia de fotorreceptores. Así como nosotros tenemos fotorreceptores que nos permiten ver, las plantas tienen varias familias de fotorreceptores que les permiten sensar la calidad y la intensidad de luz que les llega, una medida de la presencia de plantas vecinas, así como el largo de los días, lo cual les permite anticipar la llegada del invierno y la primavera. Asimismo, las plantas pueden percibir la temperatura, aunque aún desconocemos como lo hacen. Conocemos varias familias de fotorreceptores, pero desonocemos los termorreceptores. En nuestro laboratorio tratamos de comprender como las plantas perciben las variables ambientales como la luz y la temperatura y como actúan en consecuencia, modulando su desarrollo. Consideramos que nuestros estudios son importantes tanto para desarrollar nuevas estrategias de mejoramiento de los cultivos, como para avanzar en el entendimiento de los mecanismos más básicos que suelen ser comunes a los organismos que habitan la tierra.

Pregunta que se intenta responder

¿Cuáles son los mecanismos moleculares que le permiten a las plantas regular la floración en respuesta a la luz y temperatura ambientales?

Metodología que se utiliza

Nuestro modelo de estudio es una pequeña planta llamada Arabidopsis thaliana. Es una planta ideal para experimentos de genética por varios motivos: es fácil de cultivar un número muy grande de plantas en pequeñas superficies, su ciclo de vida es corto y es autógama. Arabidopsis es una planta de días largos y florece en la primavera, cuando el fotoperíodo se alarga. Algunos genotipos de Arabidopsis requieren de una exposición prolongada al frío, con lo cual se “aseguran” que pase el invierno antes de florecer en la primavera. ¿Cómo hacen las plantas pare “medir” la luz que les llega y la temperatura a la que están expuestas? ¿Cómo hacen para modificar su programa de desarrollo en función de la información obtenida? Para tratar de comprender el proceso, empleamos aproximaciones genéticas y bioquímicas. En cuanto a las aproximaciones genéticas, buscamos mutantes afectadas en la inducción de la floración, con la idea de encontrar cuales son los genes involucrados en el proceso. Cuando encontramos dichos genes, las aproximaciones bioquímicas nos permiten estudiar cuales son los mecanismos que subyacen a su función. Tratamos de entencer si su funcionamiento es alterado por la luz o por la temperatura y cuales son los componentes que actúan “aguas abajo”. Las aproximaciones bioquímicas también nos permiten identificar cuales otras proteínas actúan en el mismo proceso y, poco a poco, ir armando una especie de mapa donde tratamos de ubicar a cada componente con su rol específico.

Logros

En cuanto a la repuesta a la temperatura, demostramos que hay al menos dos vías genéticamente separables que regulan la floración en respuesta a las temperaturas moderadamente bajas. En cuanto a las respuestas a la luz, producimos plantas sin fitocromos, que son los fotorreceptores de luz roja y roja lejana. Dichas plantas no pueden continuar su desarrollo en luz roja, lo que indica que la fuente de información provista por la luz es estrictamente necesaria para el desarrollo de las plantas.

Francisco Manuel Iglesias  & Pablo D. Cerdán (2016). Maintaining Epigenetic Inheritance During DNA Replication in Plants. Frontiers in Plant Science 7:38. PubMed

Maximiliano Sánchez-Lamas, Christian D. Lorenzo & Pablo D. Cerdán (2016). Bottom-up Assembly of the Phytochrome Network. PLOS Genetics Journal 12(11):e1006413. PubMed

Sabrina Iñigo, Mariano J. Alvarez, Bárbara Strasser, Andrea Califano & Pablo D. Cerdán (2012). PFT1, the MED25 subunit of the plant Mediator complex, promotes flowering through CONSTANS dependent and independent mechanisms in Arabidopsis. The Plant Journal 69: 601-612. PubMed

Sabrina Iñigo, Adrián N. Giraldez, Joanne Chory & Pablo D. Cerdán (2012) Proteasome-Mediated Turnover of Arabidopsis MED25 Is Coupled to the Activation of FLOWERING LOCUS T Transcription. Plant Physiology, 160: 1662-1673. PubMed

Sabrina Iñigo, Mariana R. Barber, Maximiliano Sanchez-Lamas, Francisco Iglesias and Pablo D. Cerdán (2011). The photomorphogenic signal: an essential component of photoautotrophic life. En: Advances in Photosynthesis - Fundamental Aspects. ISBN 978-953-307-928-8. Book edited by: Dr. Mohammad Mahdi Najafpour, Department of Chemistry, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences, Zanjan, Iran.

Pablo D Cerdán (2011). Regulation of flowering time by light. In: The Flowering Process and its Control in Plants: Gene Expression and Hormone Interaction, 2011: 123-155 ISBN: 978-81-308-0436-1 Editor: Mac Yaish

Sabrina E. Sanchez, Ezequiel Petrillo, Esteban J. Beckwith, Xu Zhang, Matias L. Rugnone, C. Esteban Hernando, Juan C. Cuevas, Micaela A. Godoy Herz, Ana Depetris-Chauvin, Craig G. Simpson, John W.S. Brown, Pablo D. Cerdán, Justin O. Borevitz, Paloma Mas, M. Fernanda Ceriani, Alberto R. Kornblihtt & Marcelo J. Yanovsky (2010). A methyl transferase links the circadian clock to the regulation of alternative splicing Nature : 468: 112-116. PubMed

Bárbara Strasser, Maximiliano Sanchez-Lamas, Marcelo J. Yanovsky, Jorge J. Casal and Pablo D Cerdán (2010). Arabidopsis thaliana life without phytochromes. Proc Natl Acad Sci U S A. 107: 4776-4781. PubMed

Roberto J. Staneloni, María José Rodriguez-Batiller, Adamantia Agalou, Pablo D Cerdán, Annemarie H. Meijer, Pieter B. F. Ouwerkerk and Jorge J. Casal (2009). Bell-like homeodomain selectively regulates the high-irradiance response of phytochrome A. Proc Natl Acad Sci U S A. 106: 13624-13629. PubMed

Bárbara Strasser, Mariano J. Alvarez, Andrea Califano and Pablo D. Cerdán (2009). A complementary role for ELF3 and TFL1 in the regulation of flowering time by ambient temperature. The Plant Journal 58: 629-640. PubMed

Amanda C. Wollenberg, Bárbara Strasser, Pablo D. Cerdán and Richard M. Amasino (2008). Acceleration of flowering during shade avoidance in Arabidopsis alters the balance between FLOWERING LOCUS C-mediated repression and photoperiodic induction of flowering. Plant Physiology 148: 1681-1694. PubMed

Sabrina Buchovsky, Bárbara Strasser, Pablo D. Cerdán and Jorge J. Casal (2008). Suppression of pleitropic effects of functional CRYPTOCHROME genes by TERMINAL FLOWER1. Genetics 180: 1467-1474. PubMed

María Agustina Mazzella,Verónica Arana, Roberto J. Staneloni, Susana Perelman, María J. Rodriguez Batiller, Jorge Muschietti, Pablo D. Cerdán, Kunhua Chen, Rodolfo A. Sánchez, Tong Zhu, Joanne Chory and Jorge J. Casal (2005).Phytochrome control of the Arabidopsis transcriptome anticipates seedling exposure to light. Plant Cell 17: 2507-16. PubMed

Cerdán P.D. and Chory, J. Regulation of flowering time by light quality (2003). Nature 423: 881-885. IF2010:36,101. PubMed

Mazzella, A., Cerdán P.D., Staneloni, R.J. and Casal J.J. (2001). Hierarchical coupling of phytochromes and cryptochromes reconciles stability and light modulation of Arabidopsis development. Development 128: 2291-2299. PubMed

Cerdán P.D., Staneloni R.J., Ortega J., Bunge M.M., Rodriguez-Batiller M.J., Sanchez R.A., Casal J.J.(2000). Sustained but not transient phytochrome A signaling targets a region of an Lhcb1*2 promoter not necessary for phytochrome B action. Plant Cell 12:1203-1211. PubMed

Cerdán, P.D., Yanovsky, M.J., Reymundo, F.C., Nagatani, A., Staneloni, R.J., Whitelam, G.C., and Casal, J.J. (1999). Regulation of phytochrome B signaling by phytochrome A and FHY1 in Arabidopsis thaliana. Plant J. 18: 499-507. PubMed

Casal, J.J. , Cerdán, P.D., Staneloni, R.J., Cattaneo,L.L, (1998). Different phototransduction kinetics of phytochrome A and phytochrome B in Arabidopsis thaliana. Plant Physiology. 116: 1533-1538. PubMed





Pablo D. Cerdán
Jefe de Laboratorio - pcerdan@leloir.org.ar



Mariana S. Antonietti
Estudiante de Doctorado/ Lic. en Cs. Biológicas - mantonietti@leloir.org.ar



Gabriela Auge
Investigadora Asistente - gauge@leloir.org.ar



Aime Jaskolowski
Estudiante de Doctorado/ Lic. en Cs. Biológicas - ajaskolowski@leloir.org.ar



Micaela Z. Lichy
Estudiante de Licenciatura - mlichy@leloir.org.ar



Christian D. Lorenzo
Estudiante de Post Doctorado / Dr. en Cs. Biológicas - clorenzo@leloir.org.ar



Belén Oldrá
Estudiante de Doctorado/ Lic. en Biología Molecular - boldra@leloir.org.ar



Guadalupe Rodríguez Ferrante
Estudiante de Licenciatura - grodriguezf@leloir.org.ar



Maximiliano Sánchez Lamas
Estudiante de Post Doctorado / Dr. en Cs. Biológicas - msanchez@leloir.org.ar