Instituto de Biotecnologia UNAM

Grupo del Dr Iossif Doubrovski

Laboratorio de Biología del Desarrollo de la Raíz

La Biología del Desarrollo busca comprender los mecanismos del desarrollo de los diferentes órganos y tipos celulares de los seres vivos. En los animales y en las plantas estos mecanismos son esenciales durante la formación del embrión, lo cual en las plantas angiospermas culmina con la formación de una semilla. Sin embargo, en las plantas, a diferencia de lo que sucede en animales, los procesos de desarrollo son aún más importantes en etapas post-embrionarias, es decir, después de la germinación. En nuestro laboratorio estudiamos el desarrollo de la raíz, pues en este órgano se pueden realizar análisis celulares con relativa facilidad. Además, la raíz es un órgano importante para la adaptación de las plantas a las condiciones ambientales y es fundamental para mantener la integridad de la planta, ya que cumple con diversas funciones esenciales. Para estudiar los distintos aspectos de la Biología del Desarrollo de la Raíz implementamos aproximaciones genéticas, de biología celular, microscopía, análisis de imágenes y análisis bioinformáticos.

La formación de los sistemas radicales, y su desarrollo, dependen de dos procesos principales: el crecimiento de la raíz y su ramificación. Ambos procesos están relacionados a la formación y mantenimiento del Meristemo Apical de la Raíz (RAM, por sus siglas en inglés). Mientras las raíces poseen un RAM tienen la capacidad de crecer de manera indefinida, es decir, exhiben crecimiento indeterminado. Sin embargo, existen algunas situaciones en las cuales el RAM puede ser consumido, o agotado, lo cual resulta en el crecimiento determinado de la raíz. En nuestro laboratorio estamos interesados en ambos procesos: el mantenimiento del RAM y el mantenimiento del crecimiento indeterminado. Para entender ambos fenómenos realizamos estudios de genética clásica en Arabidopsis thaliana. Así, hemos aislado a algunas mutantes cuya arquitectura del sistema radical está afectada, y mediante secuenciación masiva del ADN buscamos identificar a los genes responsables de los fenotipos alterados. Algunas de las mutantes que hemos aislado exhiben crecimiento determinado de la raíz, mientras que otras no. En el laboratorio buscamos nuevas vías de regulación genética que estén involucradas en el mantenimiento del RAM y del crecimiento indeterminado.

Con el mismo propósito utilizamos diversas especies de cactáceas. Previamente demostramos que muchas de las especies de la familia Cactaceae que analizamos exhiben agotamiento del RAM, lo cual en una de las especies está directamente relacionado con el establecimiento transitorio, o temporal, del Centro Quiescente (la región distal del RAM involucrada en el funcionamiento de las células troncales de la raíz). Al emplear herramientas de transcriptómica y análisis bioinformáticos estudiamos la expresión diferencial de genes en etapas iniciales del crecimiento de la raíz, cuando el RAM está presente, y en etapas terminales, cuando el RAM está agotado y la raíz no puede continuar su crecimiento. Como parte de este trabajo hemos ensamblado de novo el transcriptoma de la raíz de Pachycereus pringlei, un cactus columnar endémico de México, y anotamos a los contigs que fueron obtenidos. Esta estrategia nos permitirá comprender cómo se regula la pérdida del RAM durante el desarrollo de la raíz primaria de las cactáceas. En nuestro laboratorio también demostramos que el crecimiento determinado es un programa de desarrollo genéticamente estable en muchas de las especies de la familia Cactaceae, mientras que otras especies poseen crecimiento indeterminado de la raíz. Por esta razón estamos interesados también en estudiar los orígenes evolutivos de este carácter, pues hemos propuesto que el crecimiento determinado se fijó como una ventaja adaptativa a la sequía y a los ambientes áridos. Una de nuestras hipótesis es que algunos de los genes que se regulan de manera diferencial durante el desarrollo de la raíz en las cactáceas son reguladores del crecimiento determinado. Para validar de manera experimental el papel de algunos genes en el crecimiento determinado de la raíz, actualmente estamos desarrollando un protocolo para la obtención de raíces transgénicas de cactáceas a partir de callos.

Además del crecimiento de la raíz, otro proceso de desarrollo esencial durante la formación del sistema radical es la ramificación. Este proceso se origina en un tejido especializado: el periciclo. Estamos interesados en estudiar las distintas características entre diferentes células del periciclo, ya que solamente algunas de ellas pueden dar origen a nueva raíz lateral. La hormona vegetal auxina, la cual se comporta como morfógeno y como un disparador morfogenético, juega un papel crítico en las vías de desarrollo que regulan la activación del periciclo. Hemos demostrado que el establecimiento de las respuestas mínimas y máximas a auxina, así como de gradientes de respuesta a auxina a lo largo del eje de la raíz, están involucrados en la determinación del sitio en el cual se formará un nuevo Primordio de Raíz Lateral (LRP, por sus siglas en inglés). Aún no se entiende del todo cómo se regula la formación de nuevos LRPs, y para aumentar nuestro conocimiento al respecto abordamos este problema mediante el estudio de diferentes mutantes de Arabidopsis. En nuestro laboratorio utilizamos técnicas de microscopía confocal, análisis de imágenes y análisis de tipo "time-lapse", los cuales en conjunto con una amplia gama de marcadores moleculares, nos ayudan a entender cómo ocurre la morfogénesis de los LRPs y cuáles son los mecanismos moleculares y celulares involucrados en su desarrollo. Las mutantes que hemos aislado en nuestro laboratorio desarrollan LRPs anormales, y mediante la identificación de los genes responsables de estos fenotipos, pretendemos entender mejor las vías de regulación involucradas en la formación de raíces laterales y en su morfogénesis.

El estudio de los mecanismos que subyacen al desarrollo de las raíces repercutirá en nuestro entendimiento del crecimiento y desarrollo de las plantas y su adaptación a las diferentes condiciones ambientales, dos factores relevantes para mejorar el rendimiento y las prácticas agrícolas.

Dr Iossif Doubrovski
Investigador
Tutor de Maestría y Doctorado
Dra. Rocío Guadalupe Cervantes
Postdoctoral
Dr. Pedro Eduardo Lazaro
Postdoctoral
Dra. Blanca Jazmin Reyes
Postdoctoral
Dra. Svetlana Shishkova
Investigador
Tutor de Maestría y Doctorado
M.C Selene Napsucialy
Técnico Académico
Estudiante
I.B.I. Marcela Ramírez
Técnico Académico
Leslie Acevedo
Estudiante
M.C. Ramces De Jesus
Estudiante
José Carlos Estrada
Estudiante
Biol. Felipe Hernández
Estudiante
M.C. Mayra Liliana Lopez
Estudiante
M.C Selene Napsucialy
Estudiante
Estudiante
Biol. Aranza Xhaly Quintana
Estudiante
M.C. Gustavo Rodriguez
Estudiante
M.C. Hector Hugo Torres
Estudiante
Juana Maricela Izquierdo
Secretario


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