Efectores positivos y negativos de la embriogénesis somática y de microsporas de especies cultivadas y forestalesregulación hormonal, pared celular y muerte celular

Resumen

El proceso de embriogénesis somática in vitro es un ejemplo fascinante de totipotencia celular y una potente herramienta biotecnológica que permite la regeneración de plantas completas a partir de la reprogramación de distintas células somáticas, cuando la célula reprogramada es la microspora (célula precursora del polen) el proceso se denomina embriogénesis de microsporas. In vivo, las microsporas siguen una ruta de desarrollo gametofítico estrictamente regulada que conduce a la producción del grano de polen maduro. Sin embargo, mediante tratamientos de estrés, la microspora puede reprogramarse in vitro hacia una ruta embriogénica, produciendo embriones y plantas haploides y doble-haploides, de gran utilidad en mejora vegetal. A pesar del enorme interés de la embriogénesis somática, aún se desconocen muchos de los mecanismos que regulan este proceso, lo cual resulta clave para poder mejorar su eficiencia en especies de interés agronómico y forestal. En esta tesis se han estudiado distintos efectores que actúan promoviendo o inhibiendo el proceso de embriogénesis somática, comparando su dinámica y posible implicación en tres especies modelo de interés agrario y forestal: la colza (Brassica napus), la cebada (Hordeum vulgare) y el alcornoque (Quercus suber). Para este estudio se han empleado dos sistemas distintos de embriogénesis somática: por un lado, la embriogénesis de microsporas inducida por estrés en dos especies cultivadas que requieren de distintos tratamientos de estrés térmico para la inducción de embriogénesis, calor (32ºC) en B. napus y frío (4ºC) en H. vulgare, y por otro la embriogénesis somática inducida a partir de embriones cigóticos inmaduros en la especie forestal Q. suber. El objetivo principal de esta tesis ha sido analizar nuevos elementos reguladores con la finalidad de conocer su papel en el inicio y la progresión de la embriogénesis somática, centrando el estudio en las hormonas auxina y citoquinina, la remodelación de la pared celular, la autofagia y las proteasas de la familia PLCPs. Los resultados de esta tesis han permitido identificar determinantes positivos del proceso de embriogénesis como la regulación hormonal por auxinas y citoquininas y la remodelación de la pared celular operada por la metilesterificación de pectinas y las AGPs. La auxina se induce y es necesaria para la reprogramación, el inicio y la progresión de la embriogénesis, mientras que la citoquinina es necesaria mayoritariamente en etapas avanzadas del desarrollo. Las pectinas esterificadas y las AGPs también juegan un papel crucial en las fases avanzadas, regulando la remodelación de la pared celular, necesaria para la diferenciación del embrión. Asimismo, se han identificado determinantes negativos que reducen la eficiencia de la inducción embriogénica, como son la muerte celular inducida por el estrés inductor de embriogénesis en la cual intervienen la autofagia y proteasas PLCPs, las cuales también intervienen el proceso de muerte celular programada (MCP) del tapetum que tiene lugar durante el desarrollo in vivo de la microspora y el polen. Todos estos datos han permitido identificar nuevos determinantes del proceso de embriogénesis somática con un papel promotor o inhibidor de la inducción, inicio y/o progresión de la embriogénesis, los cuales actúan en distintos sistemas in vitro y diversas especies, sugiriendo mecanismos comunes que podrían estar actuando también en otras especies de interés, abriendo así la puerta a identificar nuevas dianas que permitan mejorar la eficiencia de la embriogénesis en especies de interés y su aplicación biotecnológica en programas de mejora agroforestal.