La reactivación del ciclo celular al inicio de la germinación en las semillas de maíz es un proceso crucial con impacto en el establecimiento de la plántula. El comprender cómo son regulados los actores involucrados directa o indirectamente en el ciclo celular en función del estatus nutrimental representa una contribución importante en el ámbito científico y agronómico, con miras a la selección de variedades de maíz más robustas. El ciclo celular comprende 4 fases: G1, S, G2 y M, en las que la célula replica su material genético, lo segrega y forma dos células hijas. Las transiciones G1-S y G2-M representan puntos de control en los que la célula verifica que el material se duplicó correctamente. En la regulación de este proceso el heterodímero formado por las ciclinas y las cinasas dependientes de ciclina (CDKs) juegan un papel importante. De entre las ciclinas, las tipo D son las sensoras de los estímulos internos y externos, siendo las reguladoras, junto con las CDKs de la transición G1-S, mientras que las ciclinas tipo A participan en la fase S y las ciclinas B en las fases G2 y M. Otras proteínas también contribuyen a la regulación del ciclo celular como son las proteínas activadoras e inhibidoras del complejo ciclina-CDK (KRPs), así como proteínas blanco de este complejo, la RBR y proteínas relacionadas como son la familia de las E2F. La progresión del ciclo celular puede ser regulada a través de diferentes factores ambientales e internos vía las ciclinas D. Éstas señales comprenden fitohormonas así como el estatus nutrimental, éste último reflejando la disponibilidad de materia y energía con la que la célula cuenta para poder comprometerse en la división celular. Los carbohidratos juegan un papel interesante en la regulación del ciclo celular, ya que además de ser una fuente de carbono y energía también actúan como moléculas señal y se ha visto que son capaces de regular la expresión génica de algunas ciclinas tipo D y en ocasiones actúan de manera sinérgica con algunas fitohormonas. Mientras que las hexosas en general muestran la tendencia de promover el crecimiento de órganos y la proliferación celular, la sacarosa (dímero de glucosa y fructosa) es asociada con la diferenciación y maduración de los tejidos. El objetivo de este proyecto es extender la comprensión de la participación de los diferentes actores del ciclo celular en la germinación de la semilla de maíz y cómo se ven afectados por el contexto nutricional. Así, se estudiará la abundancia proteica de algunas ciclinas D (en maíz se han reportado 17, 13 de ellas participan en la germinación) así como ciclinas A y B, y CDKs en función de glucosa y sacarosa a diferentes concentraciones. También se evaluará la expresión génica de los actores mencionados arriba además de algunas E2Fs y KRPs. Se estudiará in silico si los promotores de las ciclinas D de maíz cuentan con elementos de respuesta a carbohidratos y se extenderá el estudio a otros actores del ciclo celular. También se busca analizar la expresión transitoria en hoja de maíz en función de la presencia del tipo y concentración de carbohidrato de una construcción con diferentes longitudes del promotor de una ciclina D, de la cual ya se sabe que cuenta con múltiples elementos de respuesta a carbohidratos. También se examinará si la estabilidad de algunas proteínas relacionadas al ciclo celular, en particular ciclinas D, se ve modificada gracias a la presencia de carbohidratos en el medio de imbibición.

Recientemente me he incorporado como profesora-investigadora al departamento de Bioquímica de plantas de la Facultad de Química, en el laboratorio donde se ha estudiado el ciclo celular en la germinación de maíz por más de 3 décadas. Anteriormente en 2004-2005 realicé una estancia posdoctoral en este laboratorio. De este grupo se han generado productos importantes lo que ha permitido explicar la relación existente entre la germinación de semillas y el ciclo celular, relación que es directamente proporcional, esto es, un pobre desarrollo del ciclo celular reduce la capacidad germinativa de las semillas y viceversa, una pobre germinabilidad conduce a un lento desarrollo del ciclo celular. El presente proyecto pretende avanzar en esta línea de pensamiento al tratar de identificar los actores directos que participarían en la entrada organizada a la transición de G1 a S durante el ciclo celular, la que parece ser fundamental para la buena germinabilidad: inhibir la entrada a la fase S repercute directamente en la capacidad de las semillas para germinar. Dado que las ciclinas tipo D y sus cinasas asociadas son los actores esenciales, el conocer cómo se regula la abundancia tanto proteica como la expresión génica de estos reguladores por el estatus nutrimental es importante para comprender el mecanismo molecular que controla el ciclo celular. Más aún, el entender cómo puede ser regulado este proceso tan crucial durante los primeros tiempos de germinación, críticos en el desarrollo de la planta, por el estatus nutrimental representa un avance importante en el campo de la agronomía, con miras en la obtención de cultivos con menor tiempo de establecimiento y más robustos mediante la selección y mejora. En este proyecto se analizará el comportamiento de actores importantes del ciclo celular (ciclinas D, A y B, CDKs y otras proteínas relacionadas como E2F, KRP, etc.) durante los primeros tiempos de germinación en maíz y si el tipo de azúcar o la concentración de éste tienen un impacto en la progresión del ciclo celular. La contribución de este estudio será ampliar los conocimientos que ya se tienen acerca de la regulación de algunas ciclinas tipo D, CDKs, Ciclinas A y B, la expresión de algunos reguladores transcripcionales que controlan el ciclo celular como es la familia de las E2F-DP y de algunos inhibidores del la actividad del heterodímero cyclina-CDK conocidos como KRP durante la germinación del maíz por factores nutrimentales. Ya se cuenta con información acerca del efecto que algunas hormonas vegetales tiene sobre algunas de las ciclinas D en las primeras horas de la germinación, así como los complejos que algunas ciclinas D forman con su correspondiente CDK, su regulación por fosforilación y la actividad relacionada. El trabajo de estudiantes tanto de licenciatura como de maestría ayudará a resolver las interrogantes que surgen de esta propuesta, por lo que este proyecto contribuirá además a la formación de recursos humanos altamente capacitados en la investigación. Para continuar con la caracterización de este proceso en la germinación de semillas de maíz se analizará cómo contribuyen los azúcares a la regulación de algunos procesos fisiológicos y de desarrollo en esta etapa crucial en la vida de una planta. Los carbohidratos solubles como la glucosa y la sacarosa presentan una dualidad muy interesante. Por un lado son fuente de esqueletos carbonados y energía, pero además se ha visto que funcionan como señalizadores importantes al participar como reguladores globales en diferentes procesos fisiológicos traduciendo el estatus nutricional, y en ocasiones juegan un papel sinérgico con otras moléculas señal como las fitohormonas. No sólo la presencia del carbohidrato, sino también su concentración es determinante para desencadenar o no ciertos procesos en las semillas en germinación. Se espera que sean las ciclinas tipo D las que mayor impacto presenten ya sea en su expresión génica ó en su abundancia proteica bajo la influencia de carbohidratos, dado que se ha reportado que en la región promotora de este tipo de ciclinas existen múltiples elementos de respuesta a carbohidratos, aunque por el momento no se ha podido identificar cuál sería el tipo de carbohidrato ante el cual responderían dichos elementos. La sacarosa es un dímero y es el principal azúcar transportado entre los diferentes tejidos vegetales, asociado con la diferenciación y maduración celular. La glucosa es un monómero intermediario en el metabolismo energético y presenta mayor potencial en la señalización hacia la promoción del crecimiento de órganos y proliferación celular. La cuantificación de los carbohidratos internos como en el medio a distintos tiempos de la germinación proporcionará información acerca del estatus nutrimental y metabólico en que se encuentran los ejes.