Approaches to understand the role of CLE genes in xylem development using trans-activation

Abstract

Molecular and genetic studies of the vascular cambium activity and secondary growth in Arabidopsis are quite relevant due to the economic and ecological importance of wood. Despite the fact that Arabidopsis is not an economical woody species, it has been used for molecular analysis of wood production because it is possible to stimulate secondary growth by repeatedly removing the inflorescences, hence stimulating vegetative growth. The use of molecular approaches, such as trans-activation, gives the possibility to study genes responsible for wood formation and development. In the future, this will become tools necessary to obtain plants producing more wood in a shorter period of time, therefore occupying a reduced area of land with advantages for the ecosystem and economy. One other advantage of Arabidopsis is its small size, rapid generation time, and high number of seeds produced per plant. However, results of these studies can be extrapolated into woody plants given the high similarities of anatomical and genomic level regarding to wood formation in Arabidopsis and Populus or pine. These studies have significant applications in economically important tree species, and may have an impact in the economy of the rural areas namely in Portugal. The capacity to introduce and express, or inactivate specific genes in plants by transformation methods, provides a powerful experimental tool, allowing direct testing of some hypotheses in plant physiology that have been exceedingly difficult to resolve using other biochemical approaches. This work relies on plant transformation, Agrobacterium-mediated using binary plasmids containing the construction 10Op::gene of interest into Arabidopsis plants, by floral dip method, where the genes of interest belong to the CLE and DVL gene families. Overall, these genes have important roles in plant development. We have selected transformants, established homozygous lines and as a future perspective, the crosses of these lines with the two activator lines ATHB8 and ATHB15, specific to vascular cambium in stems and leaves, are going to be performed. F1 progeny will be screened and analysis of the action of several CLE genes of the CLV3/ENDOSPERM SURROUNDING REGION (CLE) family will be made.

Em Arabidopsis, estudos genéticos e moleculares sobre o desenvolvimento do câmbio vascular e formação de madeira são muito relevantes devido à importância económica e ecológica desta espécie Apesar de não ser uma planta lenhosa, Arabidopsis é utilizada em análises moleculares para a produção de lenho sendo possível estimular o crescimento secundário do caule removendo repetidamente as inflorescências, promovendo assim o crescimento secundário vegetativo. O uso destes estudos moleculares, como por exemplo a trans-activação, dá-nos a possibilidade de estudar genes envolvidos na formação de xilema secundário. Futuramente, estas serão ferramentas essenciais para a obtenção de plantas que produzem maior quantidade de madeira num menor período de tempo, ocupando uma área reduzida, oferecendo assim vantagens a nível do ecossistema bem como a nível económico. Esta planta apresenta outras vantagens tais como o seu reduzido tamanho, curto tempo de regeneração e elevado número de sementes produzidas por planta. No entanto, os resultados destes estudos podem ser extrapolados para outras plantas lenhosas, dado a elevada similaridade a nível anatómico e genómico no que diz respeito à formação da madeira em Arabidopsis, no choupo (Populus) ou no pinheiro (Pinus). Estes estudos têm aplicações importantes em espécies de árvores economicamente importantes o que pode ter impacto na economia de áreas rurais, nomeadamente em Portugal. A capacidade de introduzir e expressar, ou inactivar genes específicos em plantas através de métodos de transformação fornece-nos uma ferramenta poderosa, permitindo testar directamente hipóteses em desenvolvimento vegetal, o que tem sido difícil de resolver com outras abordagens bioquímicas. Este trabalho baseia-se na transformação de Arabidopsis usando a via Agrobacterium contendo as construções 10Op::gene de interesse, pelo método floral dip, em que os genes de interesse pertencem às famílias de genes CLE e DVL. De modo geral, estes genes apresentam funções importantes no desenvolvimento vegetal. Seleccionámos transformantes, estabilizámos linhas homozigóticas e, como perspectiva futura, pretende-se cruzar estas linhas com duas linhas activadoras ATHB8 e ATHB15, que são específicas do câmbio vascular em caules e folhas. A geração F1 será rastreada e analisada a acção dos vários genes CLE pertencentes à família CLV3/ENDOSPERM SURROUNDING REGION (CLE).