Estudio del rol del tráfico endocítico en la diferenciación de las células del periciclo a células fundadoras de raíces laterales en Arabidopsis thaliana
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2017Metadata
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Norambuena Morales, Lorena
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Estudio del rol del tráfico endocítico en la diferenciación de las células del periciclo a células fundadoras de raíces laterales en Arabidopsis thaliana
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Las raíces laterales (LR) se desarrollan post-embrionariamente a partir de
células del periciclo que adquieren el destino de células fundadoras de raíces
laterales (LRFCs) en un proceso denominado priming. Este proceso involucra al
menos dos etapas: la especificación de las LRFCs y su posterior activación. La
activación de las LRFCs incluye diferentes eventos: la activación del factor de
transcripción GATA23, la acumulación del regulador de quinasa asociado a
membrana MAKR4 y la disminución del volumen de las células de la
endodermis contiguas a las LRFCs. En contraparte, el evento que define la
especificación de las LRFCs todavía se desconoce. En nuestro laboratorio
hemos evidenciado que la inducción del tráfico endocítico hacia la vacuola
promueve la formación de LR independiente del complejo receptor de auxina
SCFTIR1/AFB1,2,3 utilizando el compuesto sintético Sortin2. Este biomodulador
induce de novo la formación de LR sugiriendo que promueve la diferenciación
de células del periciclo a LRFCs. El objetivo de este trabajo fue establecer la
relación entre la inducción de la aceleración del tráfico endocítico hacia la
vacuola por Sortin2 y la diferenciación de LRFCs promovida por este
compuesto. Encontramos que Sortin2 efectivamente promueve la diferenciación
de las LRFCs (inducción de la activación transcripcional de GATA23 y la
acumulación de MAKR4 en las LRFCs) en un proceso temporalmente posterior
a la inducción del tráfico hacia la vacuola. Además, se utilizó la herramienta
genética para estudiar la relación funcional entre el tráfico endocítico hacia la vacuola y la formación de raíces laterales. Se utilizaron mutantes, en el tráfico
de proteínas o en la formación de LR, caracterizadas en nuestro laboratorio por
poseer distinta sensibilidad a la inducción de la formación de raíces laterales
con Sortin2. Se encontró que existía un 75% de correlación entre ambos
efectos del compuesto, sugiriendo fuertemente de que se encuentran ligados y
que la inducción del tráfico hacia la vacuola sería la causa de la promoción de la
formación de raíces laterales gatillada por Sortin2. También se evidenció, que
no tan sólo el tráfico endocítico desde la membrana plasmática (PM) hacia la vacuola es importante para la acción de este biomodulador sino que también es
vital la relocalización de algún/os componente/s macromolecular/es a la PM o al
espacio apoplástico, ya que para ejercer su efecto en la formación de raíces
laterales es necesario el correcto funcionamiento del tráfico endocítico
retrógrado en donde participa VPS53 y la exocitosis hasta la PM en la que
juega un rol SEC15. Por otra parte, también encontramos que existen eventos
celulares y moleculares necesarios para la relocalización de componentes
macromoleculares inducidos por Sortin2, que nos permiten posicionar el efecto
celular que tiene Sortin2 río arriba de la activación de las LRFCs. En conjunto
estos resultados nos indican que existe un proceso celular que impacta en el
patrón de formación de las LR, en donde la inducción de la endocitosis hacia la
vacuola y la relocalización de algún componente macromolecular promueven la
especificación de las LRFCs, remodelando la arquitectura del sistema radicular. Lateral roots (LR) are developed postembryonically from the xylem pole
pericycle cells. These pericycle cells acquire the fate to be LR founder cells
(LRFCs) in a process called priming that involves specification and activation of
LRFCs. LRFC activation includes different events, such as activation of the
transcription factor GATA23, accumulation of the membrane associated-kinase
regulator MAKR4 in LRFCs anddecreased volume of endoderm cells next to
LRFCs. However, the nature of the event that defines LRFC specification is still
unclear. We have shown that the induction of endocytic trafficking towards the
vacuole promotes LR formation independently of the auxin receptor
SCFTIR1/AFB1,2,3 by means of the synthetic compound Sortin2 which induces de
novo LR formation, suggesting that the effect of Sortin2 is todifferentiate
pericycle cells to become LRFCs. The goal of this work is to unravel the
relationship between the endocytic trafficking towards the vacuole and the fate
acquisition of the LRFCs induced by Sortin2. We found that Sortin2 promotes
LRFC differentiation (induction of transcriptional activity of GATA23 and MAKR4
accumulation in LRFCs) in a process temporally after the induction of endocytic
trafficking toward the vacuole. Furthermore, a genetic approach was used to
study the functional relationship between protein trafficking and LR formation, by
analyzing know protein trafficking or know LR formation defective mutants,
previously identified in our laboratory, that display different sensitivity to LR formation with Sortin2. We have found a 75% correlation between both effects of
this biomodulator. These results strongly suggest that both effects are linked
and establish that the induction of endocytic trafficking towards the vacuole
causes lateral root formation induced by Sortin2. We observed that not only
endocytic trafficking towards the vacuole is important for Sortin2 action, but also
the relocation of some macromolecular component/s to the PM or apoplastic
space is essential, since the retrograde endocytic trafficking depending on
VPS53 and the SEC15-dependent-exocytosis to the PM are both required for the effect of Sortin2 on LR formation. We have also found that cellular and
molecular events are necessary for the relocation of macromolecular
components induced by Sortin2, which also allows us to position the cellular
effect of Sortin2 upstream of LRFC activation. Overall, these results suggest a
cellular process that impacts the LR-program where the induction of endocytosis
towards the vacuole as well relocation between compartments promote the
specification of LRFCs, allowing root architecture remodeling in Arabidopsis
thaliana.
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Magíster en Ciencias Biológicas
Identifier
URI: https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/189931
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