Desarrollo y Acción
Hormonal en Plantas

1- Mecanismos moleculares de acción de las hormonas

Este departamento de investigación se centra en la regulación hormonal que subyace al control de distintos procesos en biología vegetal, tales como el crecimiento de la planta, la transición entre diferentes estadios de desarrollo, y la interacción entre las plantas y el entorno.

La investigación está enfocada hacia el conocimiento del papel específico de las hormonas en los diversos aspectos de la vida de las plantas, desde su desarrollo temprano hasta sus mecanismos de defensa, con especial énfasis en los mecanismos moleculares de regulación de la biosíntesis de las hormonas y su señalización, y en la regulación cruzada entre diferentes hormonas (y entre las hormonas y otros parámetros ambientales).

Eventualmente, una parte importante de la actividad investigadora está encaminada a la aplicación del conocimiento básico a la modificación de características agronómicas importantes en los cultivos, lo cual se refleja al menos en dos aspectos: la elección del problema biológico a estudiar, y la elección de modelos experimentales distintos de Arabidopsis.

Grupos de Investigación

Abscisic acid (ABA) plays a crucial role to integrate plant response to abiotic stress (particularly drought and salinity) into the regulation of plant growth and development. An increase in ABA levels and the subsequent plant response to the hormone are key components of the adaptive mechanism to resist/avoid those forms of abiotic stress. Accordingly, the characterization of ABA signaling offers a high biotechnological potential to improve plant tolerance to drought and salinity.

Because of its essential function in plant stress physiology, elucidating the abscisic acid (ABA) signaling pathway holds enormous promise for application in agriculture. A breakthrough in ABA signaling occurred in 2009, i.e. the discovery of the 14-member PYR/PYL/RCAR family of ABA receptors (Park et al., 2009; Ma et al., 2009; Santiago et al., 2009). Control of ABA signaling by PYR/PYL/RCAR ABA-receptors involves direct ABA-dependent inhibition of clade A phosphatases type-2C (PP2Cs), for instance, ABI1, HAB1, PP2CA, which are key negative regulators of the pathway (Saez et al., 2006; Rubio et al., 2009). Inhibition of PP2Cs leads to activation of sucrose non-fermenting 1-related subfamily 2 (SnRK2) kinases, which regulate stomatal aperture and transcriptional response to ABA. Thus, a core signaling network for ABA has emerged from these findings (Fujii et al., 2009; Cutler et al., 2010).

Agrochemicals: Crystal structures are available for ABA receptors and receptor-ABA-phosphatase complexes, which reveal key details on the mode of interaction between the receptor, the hormone, and the protein phosphatase as well as the mechanism of activation of ABA signaling. This information will be used in the structure-assisted identification of synthetic molecules able to act as agonists of ABA receptors and activate ABA signaling in plants. These molecules might have the potential to improve the yield of crop plants under drought stress or any other properties modulated by the ABA pathway in crop or ornamental plants. To this end, we will clone and produce recombinant ABA receptors in tomato, orange, grapevine, and monocots as targets for screening small molecules capable of acting as agrochemicals through the activation of ABA receptors. Additionally, through collaboration with organic chemists and protein crystallographers, direct synthesis of small molecules that fit into the ABA binding ligand pocket has been performed.  Recently, we achieved the structure-guided engineering of a receptor-agonist pair for inducible activation of the ABA adaptive response to drought, protected by the EP21382948 patent.

Molecular genetics: The ABA signaling group has played a key role in the discovery and characterization of the PYR/PYL/RCAR family of ABA receptors, and their connection with PP2Cs and SnRK2s (Rodriguez et al., 1998; Gonzalez-Guzman et al., 2002; Saez et al., 2004, 2006, 2008; Park et al., 2009; Santiago et al., 2009a, 2009b; Rubio et al., 2009; Vlad et al., 2009; Fujii et al., 2009; Cutler et al., 2010; Vlad et al., 2010; Dupeux et al., 2011a, 2011b; Antoni et al. 2012; Gonzalez-Guzman et al., 2012; Antoni et al., 2013; Merilo et al., 2013; Pizzio et al., 2013).

Some of these works are landmarks in ABA signaling and together with other results have brought about a breakthrough in our knowledge of the pathway. Later on, we provided insight into the subcellular location of ABA receptors and we discovered that C2-domain abscisic acid-related proteins mediate the interaction of PYR/PYL/RCAR receptors with the plasma membrane (Rodriguez et al., 2014; Diaz et al., 2016). Concerning ABA-induced transcriptional regulation, we have discovered a link between SWI/SNF chromatin remodeling complexes and core components of ABA signaling (Saez et al., 2008; Han et al., 2012; Peirats-Llobet et al., 2016). We have contributed several genetic strategies that enhance ABA signaling as a valuable tool for improving plant water use. Among them, the constitutive inactivation of PP2Cs (Saez et al., 2006), overexpression of monomeric ABA receptors (Santiago et al., 2009a; Gonzalez-Guzman et al., 2014), and the generation of mutated ABA receptors that enhance ABA-dependent inhibition of PP2Cs (Pizzio et al., 2013). As a result, three patents were filled to cover these findings.

We have played a pioneering role in studies that address the turnover of core ABA signaling components, particularly ABA receptors and PP2Cs (Bueso et al., 2014; Irigoyen et al., 2014; Wu et al., 2016; Belda-Palazon et al., 2016, 2018 and 2019; Fernandez et al., 2020; Coego et al., 2021). We uncovered the unique role of PYL8 in root ABA signaling, which involves a non-cell-autonomous mechanism like mobile transcription factors, ABA-induced stabilization, and predominant nuclear localization (Belda-Palazon et al., 2018). We have further studied the mechanisms that affect subcellular localization and half-life of ABA receptors. We have uncovered a novel route for endosomal degradation of ABA receptors through the ESCRT pathway (Belda-Palazón et al., 2016; Yu et al., 2016; Garcia-Leon et al., 2019) and we have identified two novel families of E3 ligases that mediate the turnover of PP2Cs (Wu et al., 2016; Belda-Palazon et al., 2019; Julian et al., 2019). Physiological studies and structural biology of crop ABA receptors are a long-lasting interest of our group (Gonzalez-Guzman et al., 2014), to elucidate the formation of receptor-ABA-phosphatase complexes (Moreno-Alvero et al., 2017) and the key role of PYL8-like receptors in crop response to abiotic stress (Garcia-Maquilon et al., 2021; Pizzio et al., 2022). International collaborations (4 publications in Nature Plants, 1 Science Advances, 1 Dev Cell) have provided key findings on the role of SnRK2s-PP2Cs-ABA receptors in root hydrotropism (Dietrich et al., 2017; Miao et al., 2021), regulation of plant growth via SnRK1 and TOR (Belda-Palazon et al., 2020), specific roles of ABA receptors in stomatal response to ABA and high CO2 (Dittrich et al., 2019) and moonlight roles of FYVE1/FREE1 in repression of ABA signaling (Li et al., 2019).


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Las plantas, como organismos vivos sin capacidad de desplazamiento, están sometidas a continuos factores de estrés ambientales de los que se defiende mediante la activación de respuestas de defensa tanto específicas frente a un determinado factor como genéricas frente a cualquier proceso de estrés. La activación de tales respuestas requiere a menudo de recursos energéticos y del uso de rutas de señalización que pueden ser más o menos específicas dependiendo del factor de estrés. Esta exigencia de recursos energéticos y de componentes de señalización se detrae frecuentemente de la ejecución de programas de desarrollo que están perfectamente definidos en la planta en ausencia de estrés.

Nuestro grupo está interesado en analizar precisamente los mecanismos que regulan la interacción entre respuestas de defensa y programas de desarrollo en plantas. Para ello, hacemos uso de Arabidopsis thaliana como sistema modelo y efectuamos aproximaciones experimentales que incluyen técnicas bioquímicas, genéticas, de biología molecular y celular, genómicas y proteómicas aplicadas al estudio de cuatro tipo de moléculas con actividad reguladora tanto en defensa como en desarrollo y que incluyen al óxido nítrico (NO) y a los ácidos salicílico (SA), jásmonico (JA) y abscísico (ABA).

Nuestro enfoque para el estudio de estas hormonas incluye tanto su biosíntesis como su modo de acción, y analizamos tanto respuestas frente a factores de estrés biótico (resistencia frente a bacterias fitopatógenas e insectos) como abiótico (luz UV, deshidratación y herida o daño mecánico), y procesos del desarrollo relacionados con transición entre fases (germinación de semillas, tiempo de floración y senescencia).

Para coordinar la ejecución de los diferentes programas de desarrollo con la activación de respuestas a estrés, la planta dispone de redes de señalización fuertemente interconectadas que permiten por un lado definir jerarquías y por otro optimizar los recursos mediante el uso de componentes comunes entre varías rutas de señalización que actúan como nodos de intercomunicación. Nuestro enfoque incluye por tanto la generación y caracterización molecular y funcional de mutantes afectados en dos o más vías de señalización activadas por las hormonas antes mencionadas.

Nuestro objetivo final es el de generar la suficiente información que nos permita modelizar como se produce la interacción entre las diferentes hormonas y sus correspondientes vías de señalización para permitir a la planta activar o ejecutar una respuesta o programa en el contexto de la fisiología global de la planta en su contexto ambiental.

Líneas de investigación:

1. Biosíntesis y modo de acción del óxido nítrico. Interacción con ABA, giberelinas y auxinas.2. Regulación del tiempo de floración en respuesta a estrés. Funciones del ácido salicílico y del ácido jasmónico.3. Proteómica de modificaciones postraduccionales mediante nitración en tirosina o ubiquitinación en lisina.


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La diferenciación celular es un paso esencial y necesario para el desarrollo de las diferentes estructuras y órganos que componen los organismos multicelulares. Sin embargo, a pesar de su importancia, se sabe muy poco acerca de los mecanismos moleculares que subyacen a la activación de la diferenciación celular. Recientemente, la caracterización del interruptor binario MINIYO/RIMA en Arabidopsis y de su ortólogo en animales ha permitido comenzar a conocer cómo se activa este proceso fundamental para el desarrollo y abre la posibilidad a estudiar si los mecanismos de diferenciación celular se han conservado evolutivamente en las plantas.

La investigación de nuestro grupo se centra en comprender a nivel molecular y celular cómo han evolucionado estos mecanismos utilizando como sistema modelo la hepática Marchantia polymorpha, ya que su baja redundancia genética, su posición en la escala evolutiva y la disponibilidad de herramientas moleculares facilitan este abordaje.

El objetivo final de estos estudios comparativos es identificar los factores clave, comunes en diferentes organismos, responsables de desencadenar la diferenciación celular para su futura aplicación biotecnológica.

Descubrir cómo y cuándo las células madre deciden entrar en diferenciación en detrimento del mantenimiento de la pluripotencia es crucial para comprender el desarrollo de los organismos así como otros procesos como la regeneración de tejidos y la reprogramación celular. Por lo tanto, la comparación de la función del interruptor IYO/RIMA en plantas separadas evolutivamente como son Arabidopsis y Marchantia ayudará a desenmascarar los mecanismos conservados implicados en el inicio de la diferenciación en todas las plantas, así como factores y procesos novedosos que pueden haber evolucionado por separado en los diferentes linajes.


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La actividad investigadora del grupo se centra en identificar los mecanismos genético-moleculares que regulan el desarrollo de los óvulos y semillas. Estamos especialmente interesados en dos aspectos: en la determinación del número de óvulos, y por tanto el número de semillas, y en el control del tamaño de las semillas.

La formación de óvulos y semillas es un proceso esencial en el ciclo de vida de las plantas ya que asegura su correcta reproducción, además de tener una gran importancia económica al repercutir directamente en el rendimiento de los cultivos. Es importante destacar que la nutrición de los humanos y el ganado está basada mayoritariamente en las calorías derivadas de semillas, en particular de cereales y legumbres.

Desvelar las redes génicas que controlan el número y tamaño de las semillas nos permitirá desarrollar nuevas estrategias para la mejora de cultivos, sin olvidar por otra parte, que la iniciación y morfogénesis de los óvulos constituye un excelente sistema modelo para la generación de conocimiento en el área del desarrollo vegetal.

El número y tamaño de las semillas está determinado por una compleja red génica en la que participan numerosos factores transcripcionales regulados por las vías de señalización hormonal de brasinoesteroides, auxinas y citokininas.

Los datos obtenidos por nuestro grupo señalan a las giberelinas como un nuevo regulador clave, mediante la acción de las proteínas DELLA, en la determinación del número de óvulos y semillas en Arabidopsis y en especies de interés agronómico como tomate y colza, así como del tamaño de las semillas. Actualmente, nuestro trabajo se centra principalmente en desentrañar qué genes regulados por las proteínas DELLA están implicados en estos procesos. Para abordar esta tarea utilizamos técnicas de genética molecular, genómica, bioquímica y microscopia.

Estrategias científicas:

1. Identificación de los factores transcripcionales (FT) que interaccionan con las proteínas DELLA durante los procesos de desarrollo de óvulos y semillas en Arabidopsis, y posterior identificación y descripción de las dianas directas del módulo DELLA-FTs en la placenta, responsables finalmente de la formación de óvulos y semillas.

2. Estudio de las rutas génicas que determinan que algunos mutantes della de Arabidopsis generen óvulos y semillas con mayor tamaño.

3. Caracterización de la interacción genética-molecular de las giberelinas y brasinoesteroides en la formación de los óvulos de tomate, estudiando la regulación del metabolismo de giberelinas por brasinoesteroides e identificando los genes dianas de la actividad DELLA. Se prestará especial atención a aquellos procesos que diverjan de los de Arabidopsis.

4. Estudio evolutivo de los óvulos analizando los cambios en su morfología desde las angiospermas basales hasta las angiospermas de aparición más reciente.

Líneas de Investigación:

1. El control por Giberelinas del número, tamaño y calidad de semillas:  Descubriendo el mecanismo molecular para desarrollar herramientas biotecnológicas. Proyecto PID2020-113920RB-I00, (01/08/2021- 31/07/2024), financiado por la Agencia Española de Investigación.


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Nuestro laboratorio está interesado en el estudio del mecanismo molecular que explica el alto grado de plasticidad del desarrollo vegetal. El tipo de preguntas que nos hacemos es:

  • ¿Cómo se integra toda la información ambiental (luz, temperatura, etc) y endógena (edad de la planta, estado nutricional, etc) para decidir el programa de desarrollo óptimo en cada momento?
  • ¿Cómo distinguen las plantas entre señales y ruido?
  • ¿Qué valor adaptativo tienen los mecanismos que conocemos?
  • ¿Cómo han evolucionado los circuitos que regulan el crecimiento?

Nuestra hipótesis es que la plasticidad radica en la propia arquitectura de las redes de señalización; es decir, lo que proporciona flexibilidad y robustez al desarrollo vegetal es la gran interconectividad entre las rutas de señalización de hormonas y de factores ambientales. Casi todo nuestro trabajo se centra en el estudio de las giberelinas, las auxinas y los brasinosteroides en Arabidopsis, tomate, arroz y Marchantia polymorpha, empleando técnicas de genética molecular, bioquímica y genómica.

Un hito reciente en nuestra investigación ha sido haber encontrado el mecanismo por el que las proteínas DELLA actúa como conectores moleculares o ‘hubs’ en las redes de señalización que controlan las respuestas de las plantas a su entorno. Los niveles de DELLAs son el resultado de las condiciones ambientales (luz, temperatura) además de la oscilación diaria impuesta por el reloj circadiano. Y las DELLAs a su vez transfieren esa información ambiental a la célula mediante la interacción física con un gran número de factores de transcripción, a través de las cuales pueden coordinar múltiples respuestas celulares.

Desde el punto de vista de los procesos de desarrollo que estudiamos, dos nos resultan particularmente interesantes : la fotomorfogénesis y el crecimiento secundario. La fotomorfogénesis es el programa de desarrollo que siguen las plantas en presencia de luz, al contrario del seguido en la oscuridad, y también intervienen otras señales como la temperatura y los niveles de oxígeno.  El crecimiento secundario es el crecimiento en grosor de ciertos órganos, causado por la expansión radial de la vasculatura, y es la base para la formación de madera en las especies leñosas. Este crecimiento depende en gran medida de las condiciones ambientales, como la temperatura, y también de la edad de la planta.

Por favor, contactadnos para obtener más detalles sobre los proyectos concretos que estamos desarrollando.


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Our long-term goal is determining new strategies to enhance our biomass production capacities in the context of climate change. To that end we focus on understanding basic questions related to the effect of the environment on cellular proliferation, cell identity acquirement and the coordination of growth programs during development. In this conceptual scenario, we use the secondary vascular development of plants as a developmental example because: (i) it is the origin of wood, the biological tissue accumulating the largest proportion of biomass on earth, (ii) it is anatomically simple and (iii) it progresses in a predictable manner. Depending on the actual question to tackle we use a specific plant species or ecotype. Thus, we use Arabidopsis thaliana to study the genetics of acclimation and environmental adaptation of vascular cell-types determination and proliferation, and other species such as Sellaginela kraussiana, Certopteris richardii or the non-vascular plant Marchantia polimorpha to shed light on the evolution of vascular development.

Furthermore, we perform translational biology projects using cassava roots. Cassava is the main staple crop in sub-Saharian Africa, where it feeds more than 500 million people, and its production heavily relies on secondary vascular development, constituting an interesting experimental system to study fundamental questions with high application potential.


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2- Mecanismos moleculares del desarrollo y la morfogénesis

Esta línea de investigación se centra en las rutas genéticas y de señalización que gobiernan los patrones observados en diferentes aspectos del desarrollo de las plantas.

 

Los objetivos generales de esta sublínea de investigación son:

 

– Conocer en detalle las redes genético-moleculares que gobiernan el desarrollo de inflorescencias, flores y frutos,
– Obtener modelos para explicar cómo tales redes actúan, y averiguar cómo diferentes especies han desarrollado variaciones de dichas redes por evolución para generar diversidad,
– Identificar dianas moleculares para la manipulación de carácterísticas agronómicamente importantes, y
– Generar herramientas biotecnológicas para mejorar la floración en especies hortícolas y de cultivo.

 

Un objetivo estratégico de la investigación de esta sublínea es aplicar nuestro más reciente conocimiento básico sobre el desarrollo de las plantas a la modificación de características agronómicamente importantes en especies cultivadas. Ello se ve favorecido tanto por nuestra selección de problemas biológicos a estudiar, como por el uso de cultivos modelo experimentales distintos de Arabidopsis thaliana y Medicago truncatula.

 

Grupos de Investigación

INVESTIGACIÓN

Las plantas presentan una enorme diversidad de formas en la naturaleza, que refleja la variación en el tamaño, forma y posición de sus diferentes órganos. El número y la disposición de esos órganos son la base de la arquitectura de la planta. Nuestro laboratorio está interesado en entender el control de la arquitectura de la inflorescencia, la región de la planta donde se forman las flores. Queremos conocer las redes genéticas que regulan el desarrollo de la inflorescencia y de qué manera han evolucionado en diferentes especies para generar la gran diversidad de arquitecturas presentes en la naturaleza.

Distintos tipos de inflorescencias

En la clasificación de las inflorescencias, una división importante es entre determinadas e indeterminadas. Las inflorescencias en las que el meristemo apical del tallo tiene una capacidad de crecimiento ilimitada se denominan indeterminadas. Por el contrario, las inflorescencias en las que el meristemo apical forma una flor terminal se denominan determinadas. Otra división importante es entre simples y compuestas. En las inflorescencias simples, las flores derivan directamente del meristemo del ápice del tallo, es decir,  se forman directamente en el tallo de la inflorescencia primaria. Por el contrario, en las inflorescencias compuestas, el tallo de la inflorescencia primaria no produce las flores sino que se ramifica, formando tallos secundarios, o de orden superior, donde se forman las flores.

La posición donde se forman las flores depende de la identidad de los meristemos de la inflorescencia, de si el meristemo apical se mantiene como inflorescente o se convierte en floral o de si el meristemo inflorescente principal produce meristemos florales o inflorescentes secundarios. Nosotros estudiamos la red de genes que confieren la identidad a los meristemos de la inflorescencia. Trabajamos fundamentamente en dos líneas de investigación.

INTERÉS

Control de la arquitectura de la inflorescencia en Arabidopsis

Por un lado, trabajamos con la especie modelo Arabidopsis thaliana, con inflorescencia simple indeterminada. El crecimiento indeterminado de la inflorescencia de Arabidopsis, así como el de otras muchas especies con inflorescencias indeterminadas, se debe a la actividad del gen TERMINAL FLOWER1 (TFL1) que evita que el meristemo inflorescente se convierta en floral. Para ello, TFL1 se expresa en el meristemo inflorescente, impidiendo la expresión en el mismo de los genes de identidad floral LFY y AP1. Nosotros estudiamos cómo se establece la expresión de TFL1 en el meristemo inflorescente, qué genes regulan su expresión y cómo éstos regulan la arquitectura de la inflorescencia.

Hibridación in situ con la expresión de TFL1 (azul) y LFY (rojo) en un ápice inflorescente  de Arabidopsis. (Imagen cedida por Cristina Ferrándiz) Control del desarrollo de la inflorescencia compuesta de leguminosas

Como sistema comparativo, también trabajamos con especies modelo de leguminosas, guisante y Medicago truncatula, con una inflorescencia indeterminada compuesta, donde las flores se forman en inflorescencias secundarias laterales. En la red genética que especifica la identidad de los meristemos en leguminosas, aparte de homólogos a los genes TFL1, LFY y AP1, también participan nuevos genes responsables de la formación de las inflorescencias secundarias, como por ejemplo VEG1. Nosotros trabajamos en la identificación y caracterización de los genes de identidad de inflorescencia secundaria y en el análisis de cómo ha evolucionado la red genes de identidad de meristemo en las leguminosas para dar lugar a las inflorescencias compuestas.


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El objetivo general del grupo se dirige hacia el estudio de genes implicados en el proceso de floración (transición, inducción, morfogénesis y desarrollo de flores y frutos) con vistas a su utilización biotecnológica en la producción de plantas modificadas genéticamente con interés agronómico (leguminosas, tomate, melocotonero, tabaco, Paulownia, etc.).

  • Estudio de genes implicados en el desarrollo floral de leguminosas. Estudiamos especialmente el proceso de morfogénesis floral en leguminosas, utilizando Medicago truncatula como sistema experimental y estableciendo paralelismos y diferencias con otras plantas modelo (Arabidopsis thaliana o Antirrhinum majus), tanto a nivel fenotípico como a nivel molecular. Para alcanzar estos objetivos, estamos caracterizando diversos mutantes afectados en estos procesos, aislando los genes implicados en el mismo y realizando su análisis funcional en plantas transgénicas utilizando técnicas de genética reversa para su silenciamiento (RNAi y VIGS).
  • Estudio de los mecanismos moleculares responsables de la producción de frutos sin semillas en tomate. Durante los últimos años hemos estudiado el proceso de fructificación en tomate, y en concreto la formación de frutos sin semillas (partenocárpicos). En plantas de tomate, la ablación de los estambres en fases iniciales de su desarrollo da lugar a frutos sin semillas. Sin embargo, la eliminación de los estambres en estadios más avanzados no tiene efecto en la promoción del desarrollo del fruto. En la actualidad, se desconocen los mecanismos de control espacio-temporal que ejercen los estambres en el desarrollo del ovario. Para descifrar este proceso estamos generando una colección de mutantes estériles de tomate mediante la edición de genes (metodología CRISPR/Cas9) que participan en etapas tempranas del desarrollo del polen. El estudio de la capacidad partenocárpica de estas plantas nos permitirá dilucidar los mecanismos que controlan el crecimiento del ovario en plantas de frutos carnosos.
  • Desarrollo de herramientas biotecnológicas para la generación de plantas androestériles. La disponibilidad de genotipos androestériles es crucial para la obtención de semillas híbridas y abre la posibilidad del manejo de las plantas de forma más respetuosa con el medio ambiente. Nuestro objetivo es desarrollar herramientas biotecnológicas para la producción de plantas androestériles. Para ello, estamos utilizando entre otras la región promotora de los genes PsEND1 y PsPO1 de guisante, aislado en nuestro laboratorio, para dirigir de manera específica la expresión de agentes citotóxicos (sistema barnasa/barstar) en tejidos estructurales de las anteras o del polen desde estadios muy tempranos de su desarrollo.
  • Desarrollo de técnicas de regeneración in vitro y transformación genética para la mejora biotecnológica de especies de interés agronómico. Estas líneas de investigación pretenden desarrollar la tecnología necesaria para la transformación genética de distintas especies de leguminosas (Pisum, Medicago), de distintas especies del género Prunus (melocotonero, albaricoquero), de algunas Solanáceas (tomate) y de algunas variedades de Paulownia con vistas a su mejora genética mediante abordajes biotecnológicos (adelanto, retraso o supresión de la floración para acortar la fase juvenil, producción de plantas androestériles, producción de frutos partenocárpicos de tomate, mejora de cualidades organolépticas en frutos de variedades precoces de melocotón, obtención de variedades resistentes/tolerantes al virus de la Sharka, aumento de la producción de biomasa para producción de biocombustibles en Paulownia, etc.).

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Las plantas con flores o Angiospermas son el grupo de plantas que ha alcanzado un mayor éxito evolutivo. Gran parte de este éxito reside en los frutos, una adquisición evolutiva clave de este grupo, cuya función es proteger a las semillas en desarrollo y servir como mecanismo de dispersión, para lo que han adoptado una inmensa diversidad morfológica y funcional.

Los frutos también tienen un valor económico muy importante, ya que representan la parte comestible de muchos cultivos, y también son clave para la producción de semillas, aceites y otros productos no comestibles.

El rendimiento y la calidad de los frutos son, por tanto, de gran importancia para la producción agrícola. Por tanto, la mejora de estos aspectos, claves para un agricultura cada vez más eficiente, es fundamental y va a depender de un conocimiento cada vez más profundo de los mecanismos que controlan el desarrollo de diferentes aspectos relacionados con la calidad del fruto, como forma, textura o tamaño.

Nuestro objetivo a largo plazo es entender cómo se dirige la morfogénesis y diferenciación de carpelos  (los órganos femeninos de la flor) y frutos, y cuáles son las bases genéticas de su diversidad morfológica y funcional en las Angiospermas. Nos interesa conocer qué genes son los reguladores principales de los procesos que dirigen la formación de sus distintos tejidos y que confieren la forma final a los frutos y cómo las redes genéticas en las que se integran han evolucionado en distintas especies para dar lugar a la increíble diversidad que encontramos en la Naturaleza.

Líneas de investigación

Actualmente estamos desarrollando este trabajo en varias lineas:

  • Estudio de las bases genéticas de la morfogénesis del gineceo en la planta modelo Arabidopsis thaliana
  • Bases moleculares de la diversidad morfológica de los frutos en Angiospermas, trabajando con varias especies de ranunculáceas, leguminosas y solanales
  • Redes genéticas que controlan el mantenimiento de los meristemos reproductivos y la producción de frutos en Arabidopsis y otras especies cultivadas

vistar web del grupo


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In the lab, we are interested in understanding how environmental light conditions regulate plant development. Specifically, our research aims to learn how plants acclimate to the proximity of vegetation (close proximity of other plants might filter sunlight, resulting in light starvation). To understand this response at the genetic and molecular level, as a reference model system we employ Arabidopsis thaliana, a sun-loving plant that avoids vegetation proximity and shade by activating a set of responses collectively known as the shade avoidance syndrome (SAS). The most obvious SAS response is the induction of the hypocotyl elongation in A. thaliana seedlings and many other species. We have expanded our research to Cardamine hirsuta, a plant species closely related to A. thaliana that tolerates (instead of avoids) plant shade. Therefore, it can be used in similar genetics and molecular approaches as A. thaliana. Our comparative analyses between both species led us to conclude that tolerance to plant shade results from activating shade-responsive mechanisms that suppress hypocotyl elongation. In the long term, our research is expected to help us to understand how plants communicate to each other, a knowledge that will contribute to make the agrosystems more complex and, therefore, more resilient, an approach to transition towards a more sustainable agriculture. 

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De las diferentes respuestas de desarrollo vegetal reguladas por luz, el Grupo de Investigación Regulación por Luz y Sombra del Desarrollo Vegetal del IBMCP tiene como objetivo comprender cómo las plantas responden a la proximidad de la vegetación, un tipo de comunicación planta-planta. En Arabidopsis thaliana, una planta que gusta del sol y evita la proximidad de vegetación, la percepción de plantas cerca activa un conjunto de respuestas conocidas como síndrome de huida de la (SAS, de sus siglas en inglés). La respuesta del SAS más obvia es la promoción del alargamiento de las plántulas. Después de identificar varios componentes reguladores SAS, el grupo ha establecido que están organizados en complejas redes reguladoras transcripcionales en las que los niveles de varios componentes se alteran rápidamente después de la percepción de proximidad de la planta. Esta red está formada por una amplia gama de factores de transcripción y cofactores, así como por componentes específicos del complejo del poro nuclear. El grupo ha extendido también su investigación a otras especies de plantas emparentadas con A. thaliana que toleran (en lugar de huir) la sombra vegetal, como es el caso de Cardamine hirsuta, una especie susceptible de ser utilizada en enfoques genéticos. Nuestros análisis comparativos entre ambos tipos de especies han ayudado a desentrañar cómo se implementa en la naturaleza la adaptación a la sombra de otras plantas en situaciones de alta densidad vegetal. En última instancia, nuestro trabajo ayudará a comprender mejor cómo las plantas se comunican entre sí, un conocimiento que contribuirá a hacer que los sistemas agrícolas sean más complejos y, por lo tanto, a la transición hacia una agricultura más sostenible.


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Our laboratory is interested in the molecular mechanisms by which epigenetic features regulate nuclear processes. We are currently focused on different aspects of chromatin accessibility control and its impact on gene expression, DNA methylation and cell differentiation. In addition, we are interested in developing new tools to manipulate the epigenome specifically to regulate gene expression.

DNA in eukaryotes is present in the form of chromatin and its basic unit is the nucleosome, a complex of 4 histone pairs wrapped with two turns of DNA. Nucleosomes affect multiple nuclear processes as they act as physical barriers for DNA-binding proteins to reach their targets. In addition, histones in nucleosomes are highly modified with post-translational marks that act as recruitment platforms for multiple proteins and histone reader complexes. Therefore, regulation of the exact position and modification of nucleosomes is critical for the proper functioning of nuclei. Currently, the main research interests are:

Chromatin remodeling in plants.

There are multiple families of chromatin remodelers dedicated to the control of nucleosome positioning, and among them, the SWI/SNF family plays an important role in maintaining a nucleosome-free region in gene promoters, allowing their correct expression. There is abundant information on the subunit composition and function of SWI/SNF complexes in animal and fungal model organisms. However, their study in plants is more limited. In the laboratory, we want to understand in detail the biology of SWI/SNF complexes in plants as key regulators of chromatin accessibility and gene expression. To do so, we pursue different strategies using phylogenetics, biochemistry, molecular biology and whole-genome studies.

Epigenome engineering

We are interested in developing tools to manipulate the epigenome in a targeted manner to control gene expression and other nuclear processes. These tools use programmable DNA binding platforms, such as CRISPR and artificial ZF, which can be used to target the epigenetic machinery to specific sites of interest. This set of tools can be used to study basic questions about the functioning of specific epigenetic marks (histone marks, nucleosome position, DNA methylation) and can be exploited as biotechnological tools to manipulate the epigenome of loci of interest in crops.


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