Spatial analysis of brassinosteroid signaling in the stem cell niche of Arabidopsis primary root = Caracterització molecular de la funció de BRI1 en les cèl•lules mare de lʼarrel dʼArabidopsis

Abstract

The present PhD thesis work reports the molecular and genetic dissection for the role of plant steroid hormones Brassinosteroids (BRs) in root growth and development of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis). A genetic, physiological and cellular analysis of existing BR mutants, together with the discovery of a novel pathway for the control of BR mediated stem cell divisions.

The results presented here provide experimental evidence for a role of BRs in stem cell homeostasis in the primary root of Arabidopsis. Specifically, BRs promote columella stem cell differentiation and the division of a set of low mitotic cells called quiescent center (QC) that maintain the surrounding stem cells. Using a microgenomic approach, a novel BR signaling component, BRAVO (Brassinosteroids at Vascular and Organizing Centre) has been identified that is specifically expressed in the stem cells. BRAVO encodes a R2-R3 MYB transcription factor (MYB56) that acts as a negative regulator of BRmediated QC divisions. This study uncovers a fine example of negative regulation model; BRAVO is directly repressed and interacts with BES1 creating a molecular switch that controls QC divisions.

The work carried out during this PhD thesis shed light to a new function of brassinosteroids in the regulation of stem cells. BRAVO provides plasticity to the stem cells to response to DNA damage, and at the same time robustness to ensure QC function upon damage. The control of plant stem cell homeostasis is pivotal to understand plant adaptation to environmental changing conditions and provides a new mechanism to understand plants life span.

Aquesta tesi doctoral té com a objectiu principal investigar els efectes de les hormones vegetals esteroides, Brassinosteroids (BRs), durant el desenvolupament de lʼarrel primària dʼArabidopsis thaliana (Arabidopsis). Per tal dʼassolir aquest objectiu hem realitzat una caracterització genètica, fisiològica i anàlisi cel•lular de mutants de BRs. Així mateix, sʼha descobert una nova ruta de senyalització que controla les divisions de les cèl•lules mare mediades per BRs,

Els nostres resultats experimentals mostren com els BRs controlen la homeòstasi de les cèl•lules mare de lʼarrel. En concret, els BRs promouen la diferenciació de les cèl•lules mare de la columel•la i la divisió dʼun grup de cèl•lules mitòticament inactives que actuen en el manteniment de les cèl•lules mare, el centre quiescent (QC). Mitjançant un abordatge microgenòmic hem identificat un nou element de la ruta de senyalització dels BRs específic de les cèl•lules mare, BRAVO (Brassinosteroids at Vascular and Organizing Centre). BRAVO és un factor de transcripció R2R3 de la família MYB (MYB56), que actua com a regulador negatiu de les divisions de QC. Els nostres resultats mostren un model de regulació negativa, on BES1 reprimeix directament i interacciona amb BRAVO, creant un interruptor molecular que controla les divisions del QC.

El treball realitzat durant aquesta tesis doctoral permet proposar una nova funció dels BRs en el control de les cèl•lules mare. BRAVO dóna plasticitat a les cèl•lules mare per a poder respondre al dany sobre lADN, així com robustesa per evitar-lo. El control de la homeòstasi de les cèl•lules mare en plantes és vital per entendre lʼadaptació dʼaquests organismes sèssils i la longevitat que presenten algunes espècies.