Redes de control transcripción en plantas

[Ide@s CONCYTEG]
Redes de
control
transcripción
en plantas
Año 2, Núm. 29, 4 de diciembre de
2007
génicas y protéicas que están a la base de
sus mecanismos de acción requiere el
establecimiento de estrategias amplias de
Biología de sistemas.
Una
de
las
familias
mas
importantes de factores de transcripción
en plantas es la de las proteínas tipo
MADS-box. Los miembros de esta
familia no se encuentran únicamente en el
Stefan de Folter1
Nayelli Marsch
reino
Martinez2
vegetal,
sino
en
todos
los
eucariotes. Incluso nosotros, los humanos,
requerimos estos importantes factores de
transcripción para el desarrollo correcto
La
regulación
génica
a
de nuestro corazón y músculos. En
nivel
plantas, estas proteínas son esenciales
transcripcional es crucial en todos los
para diversos procesos del desarrollo,
procesos biológicos. Los factores de
como el desarrollo de flores, frutos,
transcripción son proteínas de unión a
raíces, hojas, óvulos y semilla, e incluso
ADN capaces de activar o reprimir la
para la transición a la floración (Ng and
transcripción génica. En la mayoría de los
Yanofsky, 2001). Por ejemplo, dos
organismos modelo se han identificado
vegetales comunes que forman parte de la
las familias de proteínas que actúan como
dieta humana, el brócoli y la coliflor, son
factores de transcripción; sin embargo, el
entendimiento
de
las
mutantes
interacciones
naturales
que
tienen
una
proteína MADS-box no funcional. Así
que, en pocas palabras, sin ciertos
1
Investigador,
Doctor
en
Ciencias.
[email protected],
2
Doctora
en
Ciencias,
Laboratorio
[email protected].
Nacional de Genómica para la Biodiversidad
(Langebio), Centro de Investigación y de
Estudios Avanzados del Instituto Politécnico
Nacional
(CINVESTAV-IPN),
Campus
Guanajuato, Irapuato, GTO.
miembros de esta familia de factores de
transcripción una planta no crecería
adecuadamente o se reproduciría.
Lo que nos intriga es el saber
cómo trabajan este tipo de factores para
llevar a cabo su importante función en el
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desarrollo.
Para
principalmente
Arabidopsis
esto,
la
empleada por un
Biólogos
en
el
utilizamos
planta
modelo
(Figura
thaliana
Año 2, Núm. 29, 4 de diciembre de
2007
1),
gran número
mundo
de
(como
comparación, A. thaliana equivale al
“ratón” como modelo de estudio para
mamíferos). Se eligió como modelo
debido a sus características como tamaño
reducido, ciclo de vida corto, facilidad de
transformación
pequeño.
genética,
Asimismo,
y
por
genoma
sus
características, fue el objeto de un
Figura 1. La planta modelo Arabidopsis thaliana
proyecto de secuenciación a gran escala,
y en el año 2000 fue la primera planta e
Como parte de un amplio proyecto
incluso el primer organismo en ser
fundado por la Unión Europea (EU-
completamente secuenciado (Arabidopsis
REGIA), que tuvo como objetivo la
Genome Initiative, 2000). Actualmente,
caracterización de todos los factores de
se tiene acceso en todo el mundo al
transcripción de Arabidopsis, y fue
genoma completo, que contiene cerca de
efectuado con el Prof. Gerco Angenent,
30,000 genes codificantes, un número
realizamos
comparable al de los humanos.
análisis
moleculares
y
filogenéticos de la familia completa de
factores
MADS-box
en
Arabidopsis
(Pařenicová, de Folter, Kieffer et al,
2003). De esta manera, encontramos que
Arabidopsis tiene más de 100 miembros.
Además de tratar de
dilucidar las
funciones de estos genes (por ejemplo, el
gen ABS involucrado en el desarrollo de
semillas,
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de
Folter
et
al,
2006),
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realizamos estudios sistemáticos, como
florales
por ejemplo el perfil de sus transcritos
sorprendente,
durante ciertos procesos del desarrollo
procesos
mediante el uso de arreglos (de Folter et
reproducción
al, 2004), y determinando todas las
separados y regulados en general por
interacciones de proteína-proteína de
grupos
estos factores de transcripción usando un
observación nos llevó a proponer un
sistema basado en levadura (de Folter et
modelo de retroalimentación negativa
al, 2005; de Folter 2006). El último
entre las dos clases de proteín0as (de
estudio dio como resultado un mapa
Folter et al, 2005). Los heterodímeros que
detallado del interactoma de todos o casi
se forman sugieren la existencia de
todos los miembros de la familia de genes
mecanismos
MADS-box. Este mapa del interactoma
impiden que proteínas de inducción a la
nos
permite
proteínas
fueron
detectadas.
porque
aunque
pertenecen
al
vegetal,
distintos
de
(auto)
Esto
ambos
estadio
son
es
de
procesos
proteínas.
regulatorios
Esta
que
predecir
funciones
de
floración actúen en la flor (Figura 2).
MADS-box
aún
no
Actualmente,
este
modelo
se
está
caracterizadas, empleando una estrategia
probando en Arabidopsis mediante el
de agrupamiento (clustering) de todas las
empleo de estrategias genéticas y ensayos
interacciones
moleculares como la inmunoprecipitación
detectadas.
Sorprendentemente, muchas interacciones
de
entre
immunoprecipitation
proteínas
involucradas
en
la
cromatina
(Chromatin
–
ChIP).
Esta
indución de la floración y de proteínas
técnica permite estudiar si una proteína se
involucradas en el desarrollo de órganos
une físicamente al ADN in planta.
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Figura 2A
Figura 2B
Figura 2. (A) El mapa del interactoma de la familia de genes MADS-box. Cada línea representa una interacción entre dos proteínas
(círculos). (B). Modelo de retroalimentación negativa. Los heterodírmeros formados sugieren mecanismos de (auto) regulación que
evitan la actividad de proteínas que inducen la floración en la flor.
Como se describe en el párrafo
blanco de proteínas MADS-box, y de
inicial, los factores de transcripción deben
factores de transcripción en general, es
unirse al ADN para activar o reprimir la
aún limitado (de Folter and Angenent,
expresión de genes (llamados “genes
2006). Una estrategia que hemos iniciado
blanco”). El conocimiento de genes
(con el Prof. Gerco Angenent, en
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Wageningen, Países Bajos) para dilucidar
los mecanismos por medio de los cuales
las proteínas MADS-box llevan a cabo su
importante función, es el uso de la técnica
de ChIP (Gómez-Mena et al, 2005; de
Folter et al, 2007), seguida de la
hibridación contra un microarreglo que
contiene
secuencias
de
llamada
ChIP-on-chip.
Figura 3. Una mutante agamous en Arabidopsis, que carece
de todos los órganos reproductivos.
promotores,
Dada
su
importancia, se decidió emplear uno de
Además de que muchos factores
los miembros de la familia MADS-box
MADS-box están involucrados en la
más estudiados, AGAMOUS, como un
determinación de la identidad de órganos,
primer candidato en nuestro estudio.
como
AGAMOUS, el primer gen MADS-box
descrito como reguladores del tiempo de
clonado en plantas, está involucrado en la
transición a la floración. En estrecha
formación de estambres y carpelos.
colaboración con el grupo de la Dra.
Cuando este gen sufre mutaciones, se
Elena Álvarez-Buylla del Instituto de
produce un fenotipo de “flor-en-flor”
Ecología
(Yanofsky et al, 1990), que carece de
estudiando un gen MADS-box que no
todos los órganos reproductivos (Figura
había sido caracterizado funcionalmente
3).
poder
previamente. Este gen se expresa en
desentrañar la red subyacente de genes
raíces y podría tener un papel en una vía
que son regulados por AGAMOUS y que
de señalización raíz-ápice que modula el
da lugar a órganos florales específicos.
tiempo de floración. Para estudiarlo, se
Actualmente, estamos analizando genes
llevan a cabo experimentos de injertos,
que son candidatos a ser blancos,
por ejemplo, para indagar si este gen
obtenidos de experimentos realizados con
efectivamente está involucrado en la
la técnica ChIP-on-chip.
señalización.
Sería
muy
interesante
AGAMOUS, algunos
de
la
UNAM,
se
han
estamos
Otras áreas de investigación en el
laboratorio son el estudio de factores de
transcripción
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que
funcionan
en
el
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desarrollo de frutos (de Folter et al,
2004), análisis de mutantes de activación
2.
afectadas en su desarrollo (MarschMartinez et al 2002, Marsch-Martinez et
al, 2006), estrategias de bioinformática
como el análisis de redes de interacciones
proteína-proteína,
e
identificación
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silico de sitios de unión de factores de
interés en el laboratorio es el desarrollo
de cactáceas.
En resumen, estudiamos factores
de transcripción relacionados con el
desarrollo de plantas empleando una
variedad
de
herramientas
genómicas
disponibles. El conocimiento de los
procesos biológicos es muy importante,
tanto científica como económicamente,
para entender el desarrollo de las plantas
y de los organismos en general. Como un
ejemplo
y
comentario
final,
debe
recordarse que las plantas son cruciales
para la vida en el planeta y brindan con
sus flores, frutos y otros órganos más del
80% del alimento de los humanos.
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