Una de las características más distintivas de las plantas es la presencia de organelos semiautónomos denominados plastidos. Dentro de estos organelos se encuentran los cloroplastos donde se realiza el proceso de fotosíntesis de las plantas, y que son lo responsables de la capacidad autotrófica de estos organismos. Evolutivamente por lo tanto los plastidos son el punto inicial que ha marcado la evolución de las plantas superiores. Debido a esto no resulta difícil de entender que su funcionamiento y desarrollo están fuertemente regulados e integrados al desarrollo de la célula, tejido y organo de las plantas a través de un proceso complejo de comunicación entre el núcleo y los plastidos (regulación anterograda y retrograda). Durante mas de 30 años muchos grupos han dedicado esfuerzos importantes ha tratar de entender los mecanismos moleculares involucrados en el dialogo núcleo-plástido y plastido núcleo. Estos estudios han permitido descubrir no solo aspectos basicos del desarrollo y funcionalidad de los cloroplastos pero también de elementos regulatorios novedosos para las plantas. Parte del quehacer de nuestro grupo desde hace varios años ha sido el elucidar tanto los mecanismos que regulan tanto la diferenciación del cloroplasto como los factores involucrados en la comunicación cloroplasto-núcleo y su impacto en el desarrollo de la planta. Usando enfoques genéticos a través de la caracterización de mutantes afectadas en el desarrollo del cloroplasto (clb), hemos contribuido a evidenciar tanto vías metabólicas fundamentales en la diferenciación y funcionalidad del cloroplasto (vía MEP), como mas recientemente la identificación de señales novedosas provenientes del organelo que impactan el desarrollo de organos como la hoja. Nuestros datos demuestran que una de dichas señales es producida por moléculas derivadas de ?-carotenodes o fitofluoeno. Dichos compuestos regulan la expresión de una variedad de genes tanto nucleares como cloroplasticos, muchos de los cuales son fundamentales para el correcto desarrollo de la hoja. El presente proyecto tiene como objetivo profundizar en el mecanismo molecular de esta señalización y el impacto en el desarrollo de la hoja. Los diferentes objetivos propuestos estas enfocados en poder identificar la identidad de dicha señal, entender como esta logra impactar en la expresión de factores centrales para el desarrollo de la hoja y como dicha señal modula la expresión genética. Creemos que los datos que se generarán de este proyecto serán de interés en el campo ya que abordan un tema novedoso y de frontera. Este proyecto se basa en gran parte en los datos recientemente generados en nuestro proyecto de PAPIIT que esta terminando. Creemos que el presente proyecto permitirá producir publicaciones cientificas de alta calidad y de interés para la comunidad científica. Por otra parte este proyecto permitirá la formación de recursos humanos a nivel de licenciatura maestría y doctorado.

El estudio de mutantes ha sido una arma poderosa para revelar la existencia de moduladores del desarrollo en todos los organismos. De esta manera se han descubierto la mayoría de las hormonas vegetales y moléculas señalizadoras. En los últimos años la caracterización de una de nuestras mutantes (clb5) nos ha permitido mostrar que los cis-z-carotenos son capaces de originar una señal que regula la expresión de un número importantes de genes y el desarrollo de la hoja. Este trabajo provee evidencia claras que demuestran que los cloroplastos juegan un papel importante en el desarrollo de la hoja. Estos datos abren nuevos paradigmas de la señalización del cloroplasto al núcleo y ejemplifican la estrecha intercomunicación entre el estado funcional del plastido y el desarrollo de la planta. En este momento quedan sin embargo preguntas fundamentales sobre esta señalización, que serán abordadas en este projecto. Nuestros datos han demostrado que los defectos de clb5 en la hoja son el resultado de la ausencia de la enzima ZDS que trae como consecuencia la acumulación de cis-zeta carotenos, dentro de los que se encuentran tanto fitofluoeno como múltiples isómeros y productos de oxidación de ζ-carotenos. Cual de dichos compuestos es responsable de dicha señalización?, es hasta el momento una pregunta abierta y de interés. A través de diversos enfoques en el presente proyecto pretendemos generar información relevante en este sentido. La biosíntesis del todo trans-licopeno requiere, en adición de las desaturasas PDS y ZDS, de dos isomerasas (Z-iso y CRTISO). Estas isomerasas no son esenciales, ya que la luz puede suplir esta función, aunque mas lentamente. Ya que nuestros datos muestran que el defecto de clb5 depende de la acumulación de cis-ζ-carotenos o fitofluenos, resulta de interés analizar si la ausencia de algunas de las isomerasas, en particular Z-iso, tienen algún efecto sobre el fenotipo de la hoja de clb5. Estos datos darán luz al tipo de cis-ζ-caroteno involucrado. En este mismo sentido los carotenos son procesados a través de enzimas CCDs, generando diversos apocarotenoides con funciones de señalización capaces de regular la expresión genética, como el ß-ciclocitral. Por lo tanto, estamos interesados en evaluar la participación de las CCDs en el fenotipo de la hoja y expresión genética a través del análisis de mutantes para estas enzimas en conjunto con clb5. Este análisis apoyaría nuestra hipótesis de que el compuesto responsable de esta señalización es un nuevo apocaroteno, generado por la acción de alguna de dichas enzimas. En particular estudios recientes has mostrado que tanto CCD1 como CCD4 tienen diferentes especificidades y son capaces de cortar diversos carotenoides (Auldridge et al., 2006a). Por lo tanto creemos que pudieran participar en la desaturación de cis-ζ-carotenos. Otra pregunta central en la que este proyecto contribuirá, es conocer el significado fisiológico de esta regulación. Hasta el momento se desconoce el patrón de expresión de ZDS a nivel de tejidos y durante el desarrollo. Por lo tanto, conocer dicho patrón resulta relevante para entender los momentos en los que potencialmente se generará esta señal lo que dará luz acerca de su significado fisiológico. Finalmente es también de suma importancia entender el mecanismo molecular a través del cual la expresión genética y finalmente el desarrollo es modulado. Se pretende explorar la participación de las auxinas, ya que son un elemento clave en el control del desarrollo de la hoja promoviendo su iniciación. Las células fundadoras de la hoja presentan una actividad incrementada de auxinas mediada por el transportador de flujo de auxina PIN1 (PINFORMED1). La polaridad basal de PIN1 en las células epidermales del primordio, permite la internalización del flujo auxina, definiendo la posición de la futura vena media o vena central. También las auxinas son clave para la especificación del eje adaxial-abaxial de la hoja ya que regulan la expresión de varios factores transcripcionales. Resulta pues interesante analizar la acumulación de auxinas y de sus transportadores. También proponemos el análisis de las regiones promotoras de uno de los genes regulados por esta señal (DXS) con el proposito de poder identificar elementos rio abajo de esta señalización. Este análisis estará unido a la caracterización de los genes targets mediante estudios genómicos, que está en proceso. Finalmente, queremos explorar mas a detalle la participación de posibles factores como es el caso de las proteínas tipo PPRs dentro de las que se encuantran GUN1 y proteinas afines.Por lo tanto estamos seguros de que los datos que se obtengan de este proyecto serán publicados en revistas internacionales de alto impacto y serán de interés para la comunidad científica de plantas. Por otra parte este proyecto nos permitirá continuar con colaboraciones externas, en particular con el Dr. Barry Pogson en Australia y el Dr. Jean Philippe Vielle Calzada. Finalmente el apoyo a este proyecto nos permitirá poder llevar a cabo la formación de recursos humanos de posgrado ya que se espera que por lo menos a partir de el obtengan el grado una estudiante de doctorado, una de maestría y una de licenciatura.