En el área de la biología del desarrollo de plantas es cada día más importante la información que se obtiene del análisis de los genomas para entender los procesos moleculares que dirigen el desarrollo de las plantas. Este objetivo se cubre en gran medida mediante el estudio de la función de cada gen de las plantas. En el caso del estudio del desarrollo de la raíz que se lleva a cabo en nuestro laboratorio la atención de esta propuesta se encuentra dirigida particularmente al análisis del papel de cuatro genes involucrados en el desarrollo de las raíces laterales en la planta modelo Arabidopsis thaliana. En los proyectos anteriores apoyados por DGAPA encontramos que las plantas mutantes, tentativamente llamadas “sp” (“short primary root and few laterals”), “sr” (“very short primary root and determinate growth of lateral roots”), “sl” (“short lateral root”), y “dg” (determinate growth) presentan alteraciones muy interesantes en el desarrollo de la raíz primaria. En éstas la raíz primaria está muy corta y las raíces laterales se desarrollan en menor número que en las plantas del tipo silvestre, además, mostrando morfogénesis anormal. Con base en los severos defectos de las raíces de estas plantas hemos generado la hipótesis de que los genes alterados en las mutantes son esenciales para el desarrollo normal de la raíz, particularmente para la iniciación y morfogénesis de los primordios de las raíces laterales (PRL). Una característica común de estas mutantes es que la morfogénesis de los PRL está alterada, lo cual resulta muy atractivo para nosotros debido a que el problema de la regulación de la morfogénesis del PRL es un campo que, pese a su importancia, se encuentra poco estudiado. Es por ello que estas cuatro mutantes son apropiadas para estudiar la morfogénesis de la raíz lateral. El mapeo genético, la clonación posicional y la identificación de los genes mutados nos permitirán investigar la función de estos genes en el desarrollo de la raíz. Para lograr este último objetivo continuaremos el análisis a nivel celular muy detallado del desarrollo de la raíz de las plantas mutantes, de la identidad de sus tejidos, de la proliferación y elongación celular en ellos y sus respuestas a las hormonas que afectan el desarrollo de la raíz de manera significativa: auxinas, citocininas y ácido abscísico. Como producto tangible de este proyecto publicaremos los resultados de esta investigación en tres revistas internacionales con arbitraje, preparemos una tesis de licenciatura, dos de maestría y una de doctorado.

Las mutantes “sp”, “sr”, “sl”, y “dg” aisladas en el laboratorio representan fenotipos muy interesantes y no descritos anteriormente, por ello consideramos que la caracterización completa de las mutantes a nivel celular, el mapeo genético de las mutaciones y la posterior clonación e identificación de los genes afectados nos permitirán conocer nuevos factores importantes involucrados en el proceso del desarrollo del sistema radical y de las raíces laterales. Un carácter común de estas mutantes, además de que desarrollan menos raíces laterales que las plantas del tipo silvestre, es la morfogénesis anormal del primordio de la raíz lateral. Por lo tanto, estas mutantes son apropiados para el análisis de la morfogénesis del primordio de la raíz lateral, que es un tema poco estudiado en el área de la Biología del Desarrollo Vegetal (Malamy and Benfey, 1997a, Hirota et al., 2007). Para evaluar si las plantas mutantes tienen afectada la identidad de los diferentes tejidos, las plantas mutantes se cruzarán con las líneas de Arabidopsis que expresan marcadores moleculares específicos para diferentes tejidos de la raíz. El conocimiento sobre los genes que participan en el desarrollo de la raíz lateral es muy limitado. Por ejemplo, fueron descritos 22 mutantes con reducido y 14 mutantes con más alto número de las raíces laterales (De Smet et al., 2006). Sin embargo, no tenemos la información si la morfogénesis del PRL en estas mutantes se encuentra afectada. Una investigación de los cambios del transcriptoma durante la iniciación de la raíz lateral de Arabidopsis demostró que 906 genes se expresan diferencialmente (Himanen et al., 2004). Aunque esto no significa que todos estos genes esten involucrados directamente en el desarrollo de PRL, aparentemente, el papel de la mayoría de los genes importantes en el desarrollo de las raíces laterales no se conoce. El estudio propuesto nos ayudará conocer más sobre los genes involucrados directamente en el desarrollo de la raíz y particularmente de la raíz lateral. Además, los procesos del crecimiento de la raíz primaria y de la iniciación y morfogénesis de las raíces laterales están afectados en estas mutantes. Que papel tienen los genes afectados en los procesos mencionados es una pregunta principal de esta propuesta. Como mencionamos en la sección de Antecedentes, actualmente se conocen solamente cinco genes indispensables para la iniciación de las raíces laterales, ALF4 (Celenza et al., 1995; DiDonato et al., 2004), SLR1 (Fukaki et al., 2002), ARF7, ARF19 (Okushima et al. 2005; Wilmoth et al. 2005) y LIN1 (Malamy and Ryan, 2001). Las mutantes que planeamos continuar analizando en esta propuesta aparentemente tienen muy pocos eventos de iniciación de la raíz lateral, y por lo tanto los genes afectados probablemente este involucrados también en este proceso. Datos recientes demuestran que el conocimiento solamente sobre el número de las raíces laterales formadas en plantas mutantes así como sobre la densidad de las raíces laterales no es suficiente para concluir sobre cómo está afectado el proceso de la iniciación de los PRLs. Por lo tanto, recientemente propusimos un nuevo e informativo parámetro, índice de la iniciación de las raíces laterales, que nos permite saber, cuantos raíces se forman a lo largo de la porción de la raíz que abarca 100 células corticales (Ivanchenko et al., 2008, Dubrovsky et al., 2008, sometido). Este tipo de análisis anteriormente no fue aplicado para el análisis del fenotipo de las mutantes y en esta propuesta planeamos utilizarlo. El conocimiento de la función precisa de los genes a estudiar será de gran importancia para saber cómo se regula el proceso de la iniciación y la morfogénesis del primordio de la raíz lateral, dos componentes esenciales para la comprensión de la formación del sistema radical en las plantas superiores y que potencialmente puede aplicarse para mejorar cultivos de importancia agrícola. Todavía no tenemos herramientas para modular la arquitectura del sistema radical en plantas cultivadas. Sin embargo, el conocimiento de los genes que controlan el desarrollo de los primordios es un paso importante para llegar a la meta de diseñar el sistema radical en cultivos agrícolas según las necesidades del agricultor.