Efeitos da sinalização dependente de luz no desenvolvimento de raízes em Arabidopsis thaliana

Abstract

Além da função de fixação das plantas ao solo, as raízes atuam na absorção de nutrientes e água necessários para o desenvolvimento vegetal. Seu crescimento e desenvolvimento, assim como os demais órgãos, se dá por uma complexa rede de sinalização. O crescimento das raízes, em condições naturais, ocorre abaixo do solo na ausência de luz. Análises prévias demostram que, embora as raízes cresçam abaixo do solo na escuridão, a iluminação da parte aérea é essencial para que as raízes se desenvolvam normalmente. O trabalho apresentado nesta tese teve como objetivo investigar o efeito da iluminação da parte aérea no crescimento de raízes mantidas no escuro na planta modelo Arabidopsis thaliana. Os resultados apresentados nos capítulos II à VI mostram que à luz desempenha um papel chave na indução do crescimento da raiz primária. Derivados fotossintéticos atuam sinergisticamente à luz e não como os únicos sinais de longa distância como descrito previamente. A presença de luz na parte aérea leva a alterações significativas no transcriptoma de raízes, envolvendo genes relacionados a diversas classes metabólicas. Utilizando mutantes de perda de função, observamos que o fator de transcrição HY5 possui um papel chave no crescimento de raízes e que sua estabilização em raízes depende da funcionalidade das quinases da família AGC3. Além disso, análises de mutantes de perda de função em genes que apresentaram expressão alterada em resposta à luz demostraram que variações na intensidade luminosa as quais as partes aéreas são expostas influenciam diretamente no crescimento da raiz principal e emissão de raízes laterais. A indução da rota de biossíntese de flavonoides em raízes sugere esses metabólitos como sinais importantes para o crescimento destes órgãos.

Besides their role in anchoring plants in the soil, roots are necessary for nutrient uptake and water absorption. Root growth and development, just as other organs, are regulated by a complex signaling network. In natural conditions, root development mostly happens underground, in darkness. Previous reports have shown that even though roots grow place in darkness under the soil, shoot-illumination is essential for root development. This thesis aimed to investigate the effect of root illumination on dark-grown roots in the model plant Arabidopsis thaliana. The results presented on chapters II to VI show that light has a major effect on primary root elongation. Photosynthetic sugars act synergistically with light and not solely as a long-distance signal. Shoot illumination leads to changes in root transcriptome, influencing different metabolic pathways. Employing loss-of-function mutant lines, the transcription factor HY5 showed a key role in the control of root photomorphogenesis. Its stabilization in dark-grown roots is dependent of AGC3 kinases. Moreover, we show that changes in the light intensity to which shoots are exposed lead to changes in primary and lateral root development. The high induction of flavonol biosynthesis in roots in response to shoot illumination suggests that these metabolites act as a signal in dark-grown roots.