Bases fisiológicas y moleculares de la caulogénesis en Pinus spp.

Abstract

El meristemo apical del tallo es responsable del crecimiento y formación de órganos aéreos de forma continua a lo largo de la vida de las plantas en respuesta a condiciones ambientales cambiantes. Contiene un grupo de células madre pluripotentes en su zona central que proliferan para renovarse y proporcionar células a los flancos del meristemo, donde tiene lugar la formación de nuevos órganos. El balance entre proliferación celular en el centro del meristemo y la diferenciación celular en sus laterales está estrictamente regulado por factores de transcripción, fitohormonas y señales externas. En angiospermas, el gen WUSCHEL (WUS), perteneciente a la familia génica WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX (WOX), juega un papel fundamental en el mantenimiento de la población central de células madre, cuya expresión está inducida por citoquininas y controlada por los genes CLAVATA (CLV). El gen SHOOT MERISTEMLESS (STM), miembro de la subfamilia génica KNOTTED1-LIKE HOMEOBOX (KNOX) clase I, también contribuye al mantenimiento del nicho de células madre mediante la inducción de la síntesis de citoquininas en el centro del meristemo caulinar. Las coníferas son componentes importantes de los bosques, especialmente en el hemisferio norte. A pesar de su gran importancia ambiental y económica, el conocimiento sobre las bases fisiológicas y moleculares de la formación y mantenimiento del meristemo apical del tallo es limitado. Hasta ahora, se ha asumido que las vías de señalización implicadas en este proceso son homólogas a las descritas en angiospermas. Sin embargo, las diferencias morfológicas y fisiológicas y la gran distancia evolutiva entre ambos grupos vegetales sugieren la necesidad de estudiar este proceso también en gimnospermas. En este trabajo se ha llevado a cabo la caracterización de las familias génicas WOX y KNOX en Pinus pinaster, la conífera modelo de Europa suroccidental, con el fin de identificar genes potencialmente implicados en el establecimiento del meristemo apical del tallo en coníferas. Los genes PpWUS y PpWOXX, este último exclusivo de gimnospermas, se expresan en el centro del meristemo apical del tallo, lo cual sugiere su participación en la regulación de su homeostasis. Sin embargo, PpWOX5, previamente relacionado con el mantenimiento de los meristemos apicales de tallo y raíz en coníferas, se expresa principalmente en ápices radiculares, lo cual sugiere que la especialización funcional de WUS y WOX5 podría estar conservada en todas las plantas con semillas. Cuatro genes KNOX clase I se han identificado en P. pinaster, los cuales se expresan en múltiples tejidos incluyendo la zona central del meristemo apical del tallo y acículas emergentes, pero no en órganos laterales maduros. También se han aislado dos genes KNOX clase II, siendo la primera vez que se identifican miembros de esta subfamilia en coníferas, los cuales se expresan en todos los tejidos analizados excepto en el centro del meristemo caulinar. Estos resultados sugieren que los genes KNOX clase I podrían estar implicados en el mantenimiento del potencial meristemático, mientras que los genes KNOX clase II podrían participar en la diferenciación tisular, indicando que la diferenciación funcional de ambas subfamilias establecida en angiospermas podría ya existir en gimnospermas. Sin embargo, el patrón de expresión de los genes KNOX clase I es más amplio, lo cual podría indicar funciones adicionales a las descritas para sus homólogos en angiospermas. Asimismo, se ha realizado un análisis integral del contenido endógeno de varias fitohormonas y del patrón de expresión de genes candidatos a lo largo de la caulogénesis adventicia en Pinus pinea, la cual se considera como un sistema experimental adecuado para el estudio de la formación de meristemos caulinares de novo. Los resultados del análisis realizado confirman que diferentes citoquininas, la auxina ácido indolacético y varios miembros de las familias génicas WOX y KNOX tienen un papel relevante durante este proceso.