Dinámica de marcas epigéneticas, auxina endógena y pared celular en la embriogénesis de polen de plantas cultivadas y forestales

Resumen

La embriogénesis del polen es el proceso en el cual una célula en proceso de diferenciación, la microspora, abandona su programa de desarrollo gametofítico mediante la aplicación de un estrés, para dar lugar a un embrión capaz de regenerar una planta adulta. El proceso es una potente herramienta en biotecnología y mejora vegetal, pero con limitaciones en muchas especies.En esta tesis doctoral se aportan datos sobre varios factores y procesos celulares con un papel clave en la embriogénesis de microsporas, en una herbácea modelo, la colza (Brassica napus), y una leñosa recalcitrante, el alcornoque (Quercus suber), mediante diversos abordajes.Se han analizado: cambios en marcas epigenéticas, dinámica de auxina endógena y modificaciones de la pared celular. El análisis comparativo en dos especies y dos rutas embriogénicas de la dinámica de estos factores ha permitido presentar nuevos datos de los mecanismos reguladores de la embriogénesis in vitro y además caracterizar marcadores tempranos del proceso. Estos hallazgos permitirán mejorar la eficiencia del proceso en especies de interés agroalimentario, medioambiental y forestal.Numerosos procesos de desarrollo vegetal están regulados por modificaciones epigenéticas, bien por metilación del DNA o por metilación o acetilación de histonas. Los resultados muestran que la marca H3K9me2 y la expresión del gen BnHKMT aumentan progresivamente con el desarrollo embriogénico, siendo abundante en células diferenciadas del embrión. Los perfiles de distribución de H3Ac y H4Ac son similares entre ellos, y análogos al patrón de expresión de BnHAT, estando asociados a la microspora vacuolada y su estado totipotente y a células en proliferación durante la embriogénesis de polen. En cuanto al analisis de la metilación del DNA, los resultados indican una hipometilación al inicio de la embriogénesis, asociada a la activación del nuevo programa génico. Todo ello sugiere una regulación epigenética del proceso. La fitohormona auxina tiene una función esencial en el desarrollo del embrión cigótico, sin embargo no se conoce su dinámica y posible papel durante la embriogénesis del polen. Hemos analizado la dinámica de la auxina endógena, su patrón de distribución, concentración, expresión del gen de biosíntesis BnNIT2, y los efectos de inhibidores de acción y transporte de auxinas. Los resultados indican que la biosíntesis de auxina, su acción y transporte polar están implicadas en el inicio y progresión de la embriogénesis de polen. Durante diversos procesos de desarrollo se producen cambios en la arquitectura de la pared celular, pero son muy pocos los datos disponibles de estos cambios en el proceso de embriogénesis en especies leñosas. Los datos obtenidos indican que la reprogramación del polen va acompañada de una remodelación de la arquitectura de la pared celular con un aumento en la proporción de pectinas esterificadas, las cuales aportan a la pared las propiedades mecánicas requeridas para el inicio del nuevo programa de desarrollo. Por último se han identificado marcadores tempranos de embriogénesis: Las células embriogénicas, desde las primeras etapas, se caracterizan por: hipometilación del DNA, histonas acetiladas, altos niveles de auxina endógena y paredes celulares ricas en pectinas esterificadas. Estos factores constituyen marcadores comunes al proceso de embriogénesis in vitro y sirven para la detección temprana de células embriogénicas diferenciándolas de las que no responden. Los resultados de esta tesis han dado lugar a tres publicaciones.