Resumen de Caracterización del factor de transcripción CrDOF en la señalización por fotoperiodo en chlamydomonas reinhardtii: aspectos funcionales y evolutivos
Las algas verdes juegan un papel crucial en los ecosistemas terrestres y conforman junto con las plantas vasculares, un grupo monofilético de organismos eucariotas fotosintéticos (Leliaert et al., 2012). En las plantas existe una complicada red de regulación que integra señales procedentes de la longitud del día (también llamado fotoperiodo) para favorecer la sincronización de diversos procesos vitales, como la floración (Andrés y Coupland, 2012). Esta respuesta fotoperiódica, esencial para asegurar su éxito reproductivo, tiene su origen en las microalgas verdes y supone uno de los mecanismos evolutivos más conservados en organismos eucariotas fotosintéticos (Valverde, 2011; Romero-Campero et al., 2013). Sin embargo, se conoce muy poco sobre los genes ancestrales que controlan el fotoperiodo en algas verdes.
En este trabajo doctoral se muestra como un gen de copia única del alga verde Chlamydomonas reinhardtii (CrDOF) constituye un elemento importante conservado evolutivamente de la ruta fotoperiódica ancestral. En cultivos de Chlamydomonas en día corto, CrDOF induce la división celular por medio de la expresión del homólogo del gen CONSTANS (CO), denominado CrCO, mientras que en día largo reprime la división celular de forma independiente a CrCO. Además, el análisis transcriptómico de algas transgénicas sobreexpresoras de CrDOF en diferentes fotoperiodos realizado en este trabajo ha ayudado a definir los principales procesos en los cuales CrDOF está implicado, como son la inducción de la fotosíntesis y la represión de la replicación y del ciclo celular en día largo y la alteración del metabolismo del carbono:nitrógeno y la degradación de lípidos en día corto, entre otros. El estudio de estas características en mayor profundidad podría tener importantes aplicaciones biotecnológicas como la síntesis de biocombustibles. Por otro lado, la expresión heteróloga de CrDOF en Arabidopsis retrasa la floración proporcionando mayor estabilidad a sus hortólogos, las proteínas CYCLING DOF FACTORS (CDFs), responsables de inhibir la expresión de los activadores de la floración CO y FLOWERING LOCUS T (FT). El uso de esta capacidad estabilizadora en especies de interés agronómico podría tener importantes aplicaciones biotecnológicas.
Finalmente, debido al efecto regulador que presenta CrDOF sobre la transcripción de CrCO y CO demuestra que el módulo de señalización fotoperiódico DOF-CO se ha conservado desde algas fotosintéticas evolucionando conjuntamente a lo largo de los años. Todo ello induce a pensar, que otros elementos reguladores de esta misma ruta podrían seguir un proceso evolutivo similar, hecho que podría ayudar a entender cómo han divergido las especies vegetales.
El mecanismo molecular que controla la respuesta fotoperiódica es uno de los procesos de señalización de la floración mejor conservado en plantas espermatofitas (Amasino, 2010; Valverde, 2011; Romero-Campero et al., 2013). Sin embargo, debido a la diversificación génica de los genes involucrados en este proceso y a la redundancia funcional que presentan entre ellos, es complicado asignar funciones a genes concretos. Por ello, en este trabajo se aborda el estudio de la señalización por fotoperiodo en organismos evolutivamente más simples, como el alga verde Chlamydomonas reinhardtii. Uno de los elementos reguladores de CO en plantas lo constituyen los factores de transcripción DOF conocidos como CDFs. Debido a que Chlamydomonas presenta una única copia del gen DOF (CrDOF), éste sería un buen candidato para el estudio. Por lo tanto, los objetivos de esta tesis doctoral se resumen en los siguientes apartados:
- Identificación y caracterización molecular de CrDOF, un posible nuevo elemento conservado en la señalización fotoperiódica en Chlamydomonas reinhardtii.
- Estudio del efecto de la sobreexpresión y silenciamiento génico de CrDOF en el control transcripcional de CrCO y sobre aspectos moleculares de la biología del alga.
- Caracterización fenotípica y molecular de plantas de Arabidopsis thaliana que sobreexpresan CrDOF y su efecto sobre la señalización fotoperiódica de la floración.
- Análisis transcriptómico global mediante RNAseq de algas y plantas que sobreexpresan CrDOF y su efecto sobre la fisiología del organismo.
