Papel de la autofagia, cisteín proteasas y modificaciones postraduccionales de histonas en la inducción por estrés de embriogénesis de microsporas de plantas cultivadas

Resumen

In vivo, las microsporas haploides siguen un programa gametofítico para producir el grano de polen maduro. Sin embargo, en respuesta a un tratamiento de estrés in vitro, las microsporas abandonan su programa normal de desarrollo e inician una ruta embriogénica in vitro, convirtiéndose en células totipotentes, que, finalmente, darán lugar a un embrión haploide o doble haploide (DH). La embriogénesis in vitro de microsporas inducida por estrés es un sistema modelo de reprogramación celular, adquisición de totipotencia e inicio de embriogénesis, y, constituye una importante herramienta biotecnológica ampliamente utilizada en mejora vegetal para la rápida producción de plantas DH. Sin embargo, los mecanismos reguladores que subyacen a la respuesta de la microspora al estrés inductor son poco conocidos, y debido a ello en muchas especies de interés económico el rendimiento de la embriogénesis de microsporas es muy bajo. En esta tesis se ha realizado un estudio celular y molecular para analizar algunos procesos implicados en el inicio y progreso de la embriogénesis de microsporas inducida por estrés, centrándonos en dos de sus factores limitantes: la muerte celular inducida por el estrés inductor y la escasa respuesta de reprogramación. Para ello se han utilizado dos especies modelo del sistema de embriogénesis de microsporas, la colza, como planta dicotiledónea (Brassica napus L.) y la cebada, como planta monocotiledónea (Hordeum vulgare L.). El proceso es inducido por diferentes tratamientos de estrés, a 32ºC en colza y a 4ºC en cebada. Esta tesis tiene como objetivo principal el análisis del papel de la autofagia, las cisteín proteasas y las modificaciones postraduccionales de histonas en la inducción por estrés de la embriogénesis de microsporas. Además, en algunos análisis se ha realizado un estudio comparativo con el desarrollo gametofítico del polen y con otros procesos de muerte celular como la muerte celular programada (MCP) del tapetum, cuyas alteraciones producen en la mayoría de los casos la esterilidad del grano de polen. Los resultados de esta tesis revelan la implicación de la autofagia, cisteín proteasas de las familias de las metacaspasas y catepsinas en la respuesta al estrés inductor, así como durante la MCP del tapetum, y el papel de las modificaciones postraduccionales de histonas, como son la metilación de la histona H3 en la lisina 9 (H3K9me2, marca represora) y la acetilación de H3 y H4 (marcas activadoras), en el inicio y progreso de la embriogénesis in vitro de microsporas. Los resultados muestran factores reguladores comunes en dos sistemas de embriogénesis diferentes (colza y cebada) y abren nuevas posibilidades para mejorar la eficiencia de embriogénesis de microsporas en especies recalcitrantes a través de la modulación farmacológica de la autofagia, cisteín proteasas de muerte celular y modificaciones epigenéticas de histonas mediante la utilización de pequeños compuestos que permitan incrementar la eficiencia de los sistemas de microsporas in vitro para aplicaciones biotecnológicas en programas de mejora vegetal.