Participación de los genes AGL24, SOC1 y XAL2 en el desarrollo de la raíz primaria de Arabidopsis thaliana en condiciones de estrés osmótico.

Abstract

El crecimiento de la raíz primaria está modulado por los procesos de proliferación y elongación localizados espacialmente en el meristemo apical de la raíz y la zona de elongación. Las tasas de proliferación y diferenciación celular son dos procesos íntimamente ligados y su proporción se modifica en respuesta a estímulos tanto internos como externos. Los procesos moleculares dirigidos por los patrones de expresión genética implicados en el crecimiento de la raíz están determinados por la combinación de reguladores transcripcionales que integran tanto las señales hormonales como las señales externas. Los factores de transcripción del dominio-MADS son conocidos por su función de reguladores de la expresión genética en los procesos del desarrollo, actuando a través de complejos multiméricos de los mismos miembros de la familia. En esta investigación, caracterizamos la participación de los genes, conocidos como integradores de las vías de floración, AGAMOUS-LIKE 24 (AGL24) y SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (SOC1) en el desarrollo de la raíz primaria de plántulas, de 5-11 días de edad, de Arabidopsis thaliana, y su interacción genética con XAANTAL 2 / AGAMOUS-LIKE 14 (XAL2/AGL14), un promotor del crecimiento de la raíz cuya función ha sido parcialmente establecida en un trabajo previo. En el presente estudio, las cinéticas de crecimiento de la raíz primaria y los análisis de la longitud celular de la zona meristemática, elongación y maduración de mutantes de pérdida de función xal2-2, agl24-4 y soc1-6 y mutantes dobles de xal2-2 agl24-4 y xal2- 2 soc1-6 mostraron que tanto SOC1 como AGL24, participan en el desarrollo de la raíz primaria regulando el crecimiento de manera negativa, como represores, de forma opuesta de XAL2. Demostramos que SOC1 es suficiente para inhibir levemente la elongación celular (11-33% en la zona de elongación); mientras que, en la modulación de la proliferación celular, SOC1 está por abajo de XAL2. A su vez, xal2-2 es epistático a agl24-4 sobre el control del tamaño del meristemo; y AGL24 también inhibe la elongación celular de forma opuesta a XAL2; no obstante, esto solo fue observado en ausencia de la actividad de XAL2. El efecto de SOC1 y AGL24 opuesto al de XAL2 permiten un balance y compensan parcialmente en el crecimiento de la raíz primaria en condiciones óptimas de crecimiento. Lo anterior, contrasta con la función redundante de XAL2 con AGL24 y SOC1 observada en la parte aérea durante la transición a la floración, reportada en la literatura. Además, en esta investigación encontramos que, los genes AGL24, SOC1 y XAL2 participan en la modulación de la longitud de la raíz primaria en respuesta a estrés osmótico severo (Ψo = -0.85 MPa). De manera interesante, en estrés osmótico, la interacción entre los genes XAL2 y AGL24 se modifica: XAL2 regula positivamente a AGL24 tanto en la producción celular como en la elongación. El análisis de la longitud de la raíz primaria en concentraciones de ácido abscísico inhibitorias y estimulantes del crecimiento evidenció que se requiere del efecto de los genes AGL24, SOC1 y XAL2 durante los mecanismos de regulación del crecimiento de la raíz dependientes de ácido abscísico. Finalmente, el análisis de cambios en la abundancia de proteínas del ápice de la raíz primaria en geles de electroforesis 2D (SDS-PAGE), y la identificación de las proteínas por espectrometría de masas, reveló que XAL2 afecta la abundancia de la proteína GSTF9 que es importante para la homeostasis redox. Lo anterior sugiere que GSTF9 posiblemente es un componente en la red de regulación del crecimiento de la raíz en la que participa XAL2, y que XAL2 está involucrado en la regulación de la homeostasis redox. Estos resultados son novedosos e inesperados porque la función de AGL24 y SOC1 está ampliamente asociada a la transición de la floración en la parte aérea de la planta y para nada se había pensado que estos interactuaran con genes que claramente están involucrados en el crecimiento de la raíz. Por lo cual nuestros hallazgos amplían el conocimiento sobre el alcance funcional de estos reguladores del desarrollo _______________ PARTICIPATION OF AGL24, SOC1 AND XAL2 GENES IN THE PRIMARY ROOT DEVELOPMENT OF Arabidopsis thaliana IN OSMOTIC STRESS CONDITIONS. ABSTRACT: Primary root growth is modulated by proliferation and elongation processes in the root apical meristem and elongation zone. Cell proliferation and differentiation are two intimately linked processes and their rates are modified in response to both internal and external stimuli. Molecular processes are driven by the expression patterns of genes involved in root growth, which are determined by a combination of transcriptional regulators that integrate external signals, such as hormones. The MADS-domain transcription factors, known for their role as regulators of genetic expression in developmental processes, act through multimeric complexes of the same family members. In this work, we characterized the participation of the AGAMOUS-LIKE 24 (AGL24) and SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (SOC1) genes, which are known flowering pathway integrators, in the development of the primary roots of, 5-11 day old, Arabidopsis thaliana seedlings, and their genetic interaction with XAANTAL 2 / AGAMOUS-LIKE 14 (XAL2/AGL14), a primary root growth promoter whose function was partially established in previous work. In the present work, the kinetics of primary root growth and an analysis of cell length in the root apical meristem, elongation zona and maturation zone of the loss of function single mutants xal2-2, agl24-4 and soc1-6, and double mutants xal2-2 agl24-4 and xal2-2 soc1- 6 showed that both SOC1 and AGL24, are involved in primary root development by negatively regulating growth, as repressors, in contrast to XAL2. We show that SOC1 mutation is sufficient to slightly inhibit cell elongation (11-33% at the elongation zone); while the modulation effect of SOC1 mutation on cell proliferation is less pronounced than that of XAL2. In turn, xal2-2 was found to be epistatic to agl24-4 for the control of meristem size meristem size; and AGL24 mutation inhibited cellular elongation, unlike XAL2 mutation; however, this finding was observed only in the absence of XAL2 activity. The opposing effects of SOC1 and AGL24 versus XAL2 are balanced and partially compensate for primary root growth under optimal growing conditions. This finding contrasts with the redundant functions of XAL2 versus AGL24 and SOC1 observed in the shoot during the transition to flowering, as reported in the literature. However, in this work we find that, the effects of AGL24, SOC1 and XAL2 were required to modulate the length of the primary root in response to severe osmotic stress (Ψo = -0.85 MPa). Interestingly, under osmotic stress, the interaction between XAL2 and AGL24 changed: XAL2 positively regulated AGL24 in terms of both cell production and elongation. Likewise, analysis of the primary root length under treatment with abscisic acid at inhibitory and growth-stimulating concentrations showed that the effects of AGL24, SOC1 and XAL2 are required for the mechanisms of abscisic acid-dependent root growth regulation. Finally, analysis of changes in the protein abundance at the apex (1 cm) of the primary root by gel electrophoresis 2D (SDS-PAGE), and protein identification by mass spectrometry revealed that, XAL2 affected the abundance of the GSTF9 protein, which is important for redox homeostasis redox. This finding suggests that GSTF9 is a component of the root growth regulatory network in which XAL2 participates, and that XAL2 is involved in the regulation of redox homeostasis. These results are novel and unexpected because the functions of AGL24 and SOC1 are widely associated with the transition from flowering in the shoot and AGL24 and SOC1 had not been thought to interact with genes clearly involved in the root growth. Therefore, our findings extend knowledge of the functional scope of these development regulators.