Circadian and seasonal control of growthdormancy cycles in trees

Abstract

El movimiento de traslación de la Tierra junto a la inclinación de su eje de rotación, hacen que las latitudes medias del planeta presenten cuatro estaciones en el año. Las variaciones climáticas que estas estaciones generan, provocan que plantas y animales desarrollen procesos fenológicos. Algunos de estos procesos están controlados por el reloj circadiano, un complejo sistema cuya función consiste en programar muchas de las funciones fisiológicas diarias de un organismo a la mejor hora del día. Además, este sistema integra la información de variables climáticas y no climáticas, como la temperatura y el fotoperiodo, transmitiendo dicha información al resto del organismo. En las plantas, estos cambios en el ambiente provocan adaptaciones locales. La dormancia invernal es uno de estos procesos fenológicos influida principalmente por el fotoperiodo y la temperatura. En especies de árboles de latitudes templadas y boreales, este proceso tiene la función de asegurar la supervivencia del árbol al invierno. En algunas especies forestales como el chopo, la dormancia invernal es inducida por el acortamiento del fotoperiodo, el cual se produce de manera gradual desde el verano hasta el invierno. Por tanto, el acortamiento de los días se da tanto retrasando el amanecer como adelantando el anochecer. Hasta el momento, los ciclos de crecimientodormancia han sido explicados teniendo en cuenta únicamente el adelantamiento de las noches. Es por ello que desconocemos si la extensión de las noches tiene alguna función en la parada del crecimiento asociada a la entrada en dormancia, y si el reloj circadiano contribuye de alguna manera a esta posible función. En esta tesis abordaremos esta hipótesis usando el chopo como organismo de estudio. En primer lugar, adaptamos un sistema automático de medida de la actividad luciferasa midiendo dicha actividad en hojas de plantas transgénicas de chopo que expresaban un reportero transcripcional de un gen del reloj circadiano. Además, basándonos en trabajos previos, pusimos a punto la técnica de la expresión transiente en chopo, lo que nos permitió realizar ensayos de transactivación. Esta metodología, junto con el uso de la mutagénesis dirigida, el análisis transcriptómico y la genética molecular, nos permitió revelar una nueva ruta de señalización que traduce la información de la extensión de las noches y que reprime la expresión génica del principal integrador del fotoperiodo y promotor del crecimiento, FLOWERING LOCUS T (FT), todo ello a través de un gen del reloj circadiano. ----------ABSTRACT---------- Mid-latitudes present four seasons along the year, which are caused by the translational movement of the Earth along with its tilted axis. The climate variations associated to the seasons provoke the existence of phenological events in plants and animals. Some of these events are controlled in some extent by the circadian clock, a complex mechanism which function is to set the best time for most of the daily physiological functions, but that also to translate the information of the main climate and non-climate related cues, such as temperature and photoperiod, to the rest of the organism. In the case of plants, that situation generates local adaptations. Winter dormancy is one of these phenological events which is mainly influenced by photoperiod and temperature. For boreal and temperate trees, this process ensures that trees survive the winter and are able to resume their growth after that season. In some tree species, as poplar, the entrance in dormancy is triggered by short photoperiod. From summer to winter, photoperiod starts decreasing in a gradual manner, both delaying the dawn and advancing the dusk. So far, the growth-dormancy cycle is explained by the progressive advance of nights. Then, we still do not know whether the progressive extension of nights have an impact upon dormancy entry and whether the circadian clock plays a role on it. In this thesis, we deal with that hypothesis using poplar as the experimental system. To this aim, we first adapted an automatic methodology to register luciferase activity from transgenic poplar leaves, which express a transcriptional reporter of a circadian clock gene. We also set up the transient expression assay in poplar taking advantage of previous work, to carry out transactivation studies. These methodologies along with the use of directed mutagenesis, transcriptomic analyses and molecular genetics, allowed us to unravel a novel signalling pathway which senses the progressive extension of the nights and represses the gene expression of the photoperiod integrator and growth promoting factor, FLOWERING LOCUS T (FT), via a circadian clock gene.