Generation of a toolbox for the study of carpel and fruit development in Brassicaceae
NAGIOS: RODERIC FUNCIONANDO

Generation of a toolbox for the study of carpel and fruit development in Brassicaceae

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Generation of a toolbox for the study of carpel and fruit development in Brassicaceae

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dc.contributor.advisor Ferrándiz Maestre, Cristina
dc.contributor.author Moya Cuevas, José
dc.contributor.other Departament de Bioquímica i Biologia Molecular es_ES
dc.date.accessioned 2019-05-23T11:22:22Z
dc.date.available 2019-05-24T04:45:06Z
dc.date.issued 2019 es_ES
dc.date.submitted 21/05/2019 es_ES
dc.identifier.uri https://hdl.handle.net/10550/70269
dc.description.abstract Los carpelos y los frutos son las innovaciones evolutivas clave de las angiospermas. Los carpelos facilitan la polinización y, después de la fertilización, se transforman en frutos, que protegen las semillas en desarrollo y ayudan a su dispersión. Para cumplir estas funciones, los carpelos y los frutos diferencian tejidos altamente especializados que forman órganos complejos que se han diversificado enormemente en las plantas con flores. La mayor parte del conocimiento sobre las bases moleculares de la morfogénesis del carpelo y del fruto proviene de estudios genéticos en la especie modelo Arabidopsis thaliana, miembro de la familia Brassicaceae. Se han propuesto redes complejas de regulación de genes (GRN, por sus siglas en inglés) para explicar el desarrollo de los diferentes dominios funcionales de los carpelos en Arabidopsis, que también son la base para los estudios de desarrollo comparativo dentro de esta familia o en clados distantes que tienen como objetivo explicar el fundamento de la evolución morfológica y funcional del fruto. Si bien el conocimiento acumulativo derivado de estos trabajos está en constante crecimiento, todavía tenemos que entender completamente cómo se integran todos los componentes de las GRN que dirigen el desarrollo del carpelo y cómo las variaciones en las funciones y las interacciones de estos componentes producen diferentes resultados sobre el desarrollo. En esta tesis, nuestro objetivo es contribuir a este propósito general mediante el uso de enfoques alternativos que pudieran complementar a los análisis genéticos clásicos más utilizados. En este contexto, hemos propuesto tres objetivos específicos: Primero, utilizamos la lógica booleana para modelar la GRN que dirige la diferenciación de la zona de dehiscencia en el fruto de Arabidopsis. Este modelo se utilizó para evaluar la robustez de los modelos genéticos actuales inferidos a partir de información fragmentada e identificar posibles inconsistencias o elementos carentes. Demostramos que los datos experimentales disponibles son insuficientes para explicar la aparición de los diferentes tejidos, lo que nos lleva a proponer un conjunto de reglas hipotéticas y la incorporación del factor de transcripción NTT como un componente crucial de la GRN. Con ellos, el modelo generado recupera los resultados de desarrollo observados y proporciona hipótesis testables experimentalmente en futuros estudios, lo que en última instancia, puede facilitar la manipulación biotecnológica de los caracteres de los frutos de especies de cultivo.   En segundo lugar, utilizamos un enfoque transcriptómico para identificar elementos regulados aguas abajo por HECATE3 (HEC3), un factor clave para el desarrollo del estigma y el tracto de transmisión, que, curiosamente, está altamente relacionado con INDEHISCENT, un gen esencial para la diferenciación de la zona de dehiscencia. Hemos identificado el clado SHINE (SHN) de factores de transcripción como efectores posteriores a HEC3, descubriendo un nuevo papel de los genes SHN en el desarrollo del tracto de transmisión y proporcionando nueva información para descifrar la función de HEC en los GRN del desarrollo del gineceo. Finalmente, caracterizamos el gineceo y la morfogénesis del fruto, y ensamblamos un nuevo transcriptoma en Lepidium didymum, un pariente cercano de Arabidopsis con una morfología del fruto muy diferente. Estas herramientas serán la base para futuros análisis de desarrollo comparativos. es_ES
dc.format.extent 117 p. es_ES
dc.language.iso en es_ES
dc.subject arabidopsis es_ES
dc.subject carpel es_ES
dc.subject fruit es_ES
dc.subject development es_ES
dc.subject dehiscence es_ES
dc.subject Hecate es_ES
dc.subject lepidium es_ES
dc.subject coronopus es_ES
dc.title Generation of a toolbox for the study of carpel and fruit development in Brassicaceae es_ES
dc.type info:eu-repo/semantics/doctoralThesis es_ES
dc.subject.unesco UNESCO::CIENCIAS DE LA VIDA::Biología molecular ::Biología molecular de plantas es_ES
dc.description.abstractenglish Carpels and fruits are key evolutive innovations of angiosperms. Carpels facilitate pollination and, after fertilization, are transformed into fruits, which protect the developing seeds and aid to their dispersal. To fulfil these roles, carpels and fruits differentiate highly specialized tissues forming complex organs that have diversified enormously across flowering plants. Most of the knowledge about the molecular basis of carpel and fruit morphogenesis comes from genetic studies in the model species Arabidopsis thaliana, a member of the Brassicaceae family. Complex gene regulatory networks (GRNs) have been proposed to explain the development of the different functional domains of carpels in Arabidopsis, which are also the base for comparative development studies within Brassicaceae or in distant clades that aim to explain the basis for fruit morphological and functional evolution. While the cumulative knowledge derived from these works is steadily growing, we still have to fully understand how all the components of the GRNs directing carpel development integrate and how variations in the functions and the interactions of these components result in different developmental outputs. In this thesis, we aim to contribute to this general purpose by using alternative approaches to the most widely used genetic analyses that could complement those. In this context, we have proposed three specific objectives: First, we used Boolean logic to model the GRN directing the differentiation of the dehiscence zone in the Arabidopsis fruit. This model was used to assess the robustness of the current genetic models inferred from fragmented information and to identify potential inconsistencies or missing elements. We show that the available experimental data are insufficient to explain the emergence of the different tissues, leading us to propose a set of hypothetical rules and the incorporation of NTT as a crucial component of the GRN. With those, the model recovers the observed developmental outputs and provides testable hypotheses to feed further work, which ultimately may facilitate the biotechnological manipulation of fruit characters in crop species. Second, we used a transcriptomics approach to identify downstream elements regulated by HECATE3 (HEC3), a key factor for the development of the stigma and the transmitting tract, that, interestingly, is highly related to INDEHISCENT, an essential gene for dehiscence zone differentiation. We have identified the SHINE (SHN) clade of transcription factors as downstream effectors of HEC3, uncovering a novel role of SHN genes in the development of the transmitting tract and providing deeper insights to decode HEC function in the GRNs of gynoecium development. Finally, we characterized gynoecium and fruit morphogenesis, and assembled a new transcriptome in Lepidium didymum, a close relative of Arabidopsis with highly different fruit morphology. These tools will be the basis for future comparative developmental analyses. es_ES
dc.embargo.terms 0 days es_ES

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