Función del ácido salicílico en la floración acelerada por estrés en Arabidopsis thaliana

Abstract

En Arabidopsis, el momento en que se produce la transición a la floración viene determinado por la interacción entre la competencia de la planta para su desarrollo interno y las señales medioambientales que determinan las condiciones favorables para el suceso reproductivo. Sin embargo, plantas expuestas a condiciones de estrés medioambiental pueden activar el programa de floración prematuramente. Algunos factores de estrés capaces de alterar el tiempo de floración, como la infección por patógenos, temperaturas extremas o altas irradiaciones, conllevan un incremento en los niveles de algunos metabolitos como etileno, ácido abcísico y ácido salicílico (SA) (Blee, 2002; Dempsey et al., 1999; Ni et al., 1996; Pastori y Foyer, 2002; Raskin, 1992). Estudios recientes sugieren que SA pueda ser un regulador de la transición a la floración en plantas de Arabidopsis thaliana sometidas a estrés (Martínez et al., 2004). Para que se produzca un adelanto en el tiempo de floración en plantas sometidas a irradiación con luz UV-C es necesaria tanto la síntesis como la acumulación de SA, ya que no se produce en plantas transgénicas nahG, que no acumulan SA ya que lo degradan rápidamente a catecol. Sin embargo, se desconoce en gran medida el mecanismo mediante el cual SA regula el tiempo de floración. Mediante el uso de plantas transgénicas en las que el promotor de BGL2, gen PR inducible por SA, está fusionado al gen reportador GUS, se determinó el espacio temporal en el que se correlacionan cambios en los niveles endógenos de SA con la activación de la expresión de genes que inducen la transición floral. Bajo nuestras condiciones de cultivo, el décimo día tras la siembra se da un aumento tanto de los niveles de tinción GUS, asociados al tejido vascular, como de la expresión del gen ICS1/SID2 que codifica la isocorismato sintasa 1 encargada de sintetizar SA en Arabidopsis (Wildermuth et al., 2001) y del gen activador de la floración FT, cuya proteína ha sido recientemente caracterizada como señal encargada de activar la transición floral (Jaeger y Wigge, 2007; Lin et al., 2007; Mathieu et al., 2007; Corbesier et al., 2007).

Del resultado del análisis transcriptómico comparado de plantas deficientes en SA (con fenotipo de floración tardía) versus plantas silvestres realizado durante la ventana temporal antes descrita, se identificaron 15 genes diferencialmente expresados. De todos ellos, escogimos Pathogen and Circadian Controlled 1 (PCC1) por ser el único que se induce en respuesta a luz UV-C en plantas silvestres pero no en plantas nahG. Además, PCC1 está descrito que responde al ataque por patógenos, evento caracterizado por la síntesis de SA, y muestra una expresión basal regulada por el reloj circadiano (Sauerbrunn y Schlaich, 2004), lo que lo convierte en un potencial candidato para mediar entre SA y su función como regulador del tiempo de floración. Así mismo, la expresión de PCC1 en plantas no sometidas a estrés y cultivadas en condiciones de días largos, depende del estado de desarrollo de la planta, lo que le confiere potencialidad como regulador de otras transiciones de fase durante el desarrollo. Los datos obtenidos en el presente trabajo muestran que la expresión de PCC1 está regulada por el reloj circadiano y es estrictamente dependiente de la síntesis, acumulación y señalización de SA. Además, su activación requiere la función del gen de tiempo de floración CO de la vía dependiente de fotoperiodo. En este trabajo, se pone de manifiesto que plantas deficientes en SA además de no mostrar expresión de PCC1 muestran sobreexpresión constitutiva del componente del reloj CCA1 y la pérdida de regulación circadiana de CO, lo que sugiere que el SA podría tener un papel como regulador del reloj circadiano, de las rutas de salida del reloj o de ambas.

Mediante la generación de plantas transgénicas de pérdida y ganancia de función de PCC1 en distintos fondos genéticos de Arabidopsis, se ha demostrado que el gen PCC1 regula el tiempo de floración. La expresión reducida o aumentada de PCC1 en fondo genético silvestre y en fondo mutante fve-3, conlleva un retraso o adelanto, respectivamente, del tiempo de floración. En cambio, en el fondo mutante co-1 el tiempo de floración es independiente del nivel de transcrito de PCC1, indicando que la regulación del tiempo de floración por la vía activada por estrés requiere no sólo de la función de PCC1, sino también de la funcionalidad dependiente de fotoperiodo de CO. El retraso en la floración de las líneas con expresión reducida de PCC1 en fondo silvestre, conlleva niveles de expresión más bajos del gen integrador FT, mientras que los niveles de SOC1 permanecen constantes. Estos datos sugieren que PCC1 interaccionaría con la vía de fotoperiodo en algún punto entre CO y FT. Además, fenotípicamente las líneas de sobreexpresión en fondo Col-0 cultivadas en condiciones de día largo son parecidas al silvestre, mientras que las líneas de RNAi, poseen un fenotipo parecido al del mutante ft-4. Son claramente más tardías y presentan una roseta más compacta y con hojas y flores más grandes y tallos más gruesos. Al estudiar el comportamiento de las líneas transgénicas de sobreexpresión y de RNAi, en los diferentes fondos genéticos Col-0, co-1 y fve-3, en otros procesos que requieren de la síntesis de SA, como son la defensa frente a patógenos biotrofos (Malamy et al., 1990; Métraux et al., 1990; Reymond y Farmer, 1998) y la senescencia (Morris et al.,2000), nuestros datos apuntan que PCC1 podría tener una función antisenescente ya que las líneas de RNAi en fondo silvestre presentan signos de senescencia anteriores a los observados en el control silvestre Col-0 en condiciones de senescencia forzada por oscuridad, mientras que no se aprecian cambios entre Col-0 y las líneas generadas en cuanto a resistencia frente a Pseudomonas syringae.