MEMORIA 2012 - ibmcp.csic.es · Proyectos Cofinanciados por el ... presentación por parte Gregor...

MEMORIA 2012(Año de la Energía Sostenible para todos)

MEMORIA 2015

SCIENTIFIC REPORT 2015

http://www.google.es/url?url=http://www.light2015.org/Home/About/Press-Office.html&rct=j&frm=1&q=&esrc=s&sa=U&ved=0ahUKEwiYhPnz7dzNAhXJQBQKHYtkCWcQwW4IGDAB&usg=AFQjCNHnI_ToKW42JYPQZYWo8DUvuQoq0w

Proyectos Cofinanciados por el Ministerio de Economía y Competitividad, Fondos FEDER

Personal Financiado por el Fondo Social Europeo

IBMCP Ciudad de la Innovación C/ Ingeniero Fausto Elio, s/n Edif. 8-E, Acceso G 46022 Valencia Telf.: 96 387 78 56 Fax: 96 387 78 59 Web: www.ibmcp.upv.es Correo electrónico: [email protected]

INSTITUTO DE BIOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR DE PLANTAS

“EDUARDO PRIMO YÚFERA”

MEMORIA 2015

1. Carta del Director

Letter of the Director…………………………………………..……………………….…… 5

2. Estructura y Personal

Structure and Staff ……………………..…………………………………………………… 9 Organigrama / Organizational chart 11 Dirección / Management 13 Junta de Instituto / Institute Board 13

Servicios Generales / General Services 14 Servicios Científicos – Técnicos / Scientific-Technical Services 18 Líneas y Sublíneas de Investigación / Research Group and Sub 21 3. Indicadores de Progreso IBMCP

Progress Indicators ………………………………………………………………………… 23 Personal / Staff 24 Publicaciones / Publications 25 Tésis / Theses 36 Estancias Internacionales / International Research Stays 38

Financiación / Financing Resources 38 Máster IBMCP / IBMCP Master 39 Seminarios IBMCP / IBMCP Seminars 40 4. Divulgación y Comunicación

Science Dissemination and Comunication ………………………………………… 43 Actividades de Divulgación / Outreach Activities 44 Comunicación – Notas de Prensa / Communication – Press Releases 46

5. Memoria Líneas y Grupos de Investigación……………………………………… 49 Desarrollo y Acción Hormonal en Plantas Hormonal Action and Development in Plants Desarrollo Reproductivo / Reproductive Development 50 Regulación de la Señalización y el Metabolismo de Hormonas / Regulation of Hormone Metabolism and Signaling 58

Biotecnología y Mejora Vegetal de Especies Cultivadas Plant Breeding and Biotechnology of Crop Species 74

Mecanismos de la Respuesta al Estrés en Plantas Mechanisms of Stress Responses in Plants Estrés Abiótico / Abiotic Stress 86 Señalización y Respuesta al Estrés Biótico / Signaling and Responses to Biotic Stress 102 Virología Molecular y Evolutiva de Plantas Plant Molecular and Evolutionary Virology 106

Memoria 2015

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Coincidiendo con la publicación de la Teoría de la Relatividad General por Alber Eistein en 1915, este año 2015 fue proclamado Año Internacional de la Luz y las Tecnologías basadas en la Luz. Einstein fue un científico genial pero también un certero psicoanalista de la Humanidad que nos dejó frases como ésta: ”Solo dos cosas pueden ser infinitas: el universo y la estupidez humana; en lo referente al universo no estoy seguro”. Solo esa estupidez humana puede explicar que los gobernantes no entiendan que ‘Sin Ciencia no hay futuro’ por mucho que se les explique y demande una y otra vez. Llevamos siete años consecutivos con una disminución progresiva, y en ocasiones abrupta, del gasto en I+D con una pérdida acumulada del 12,8%. Una consecuencia nefasta de esta desinversiones que muchos Grupos de investigación competitivos se están quedando fuera del sistema de financiación pública que si se repite en el tiempo puede llevar a situaciones irreparables.

Este año también celebramos un aniversario muy especial: los 150 años de la presentación por parte Gregor Mendel de sus estudios sobre hibridaciones en plantas a la Brunn Natural History Society que introdujeron principios de probabilidad a la segregación de caracteres hereditarios para las distintas generaciones y constituyó el inicio de la Genética, una disciplina históricamente muy arraigada en nuestro Instituto y en la que se han hecho contribuciones muy meritorias.

Es quizá porque, también como dijo Einstein, “es en la crisis donde aflora lo mejor de cada uno” el que el IBMCP haya aumentado sus recursos provenientes del Programa H2020 y de la financiación privada.

Durante 2015 el IBMCP ha publicado 105 artículos ISI, 75 de ellos dentro del primer cuartil de los cuales 37 tienen un índice de impacto mayor de 4 y 7 de ellas mayor de 10 lo que sin duda refleja la investigación de calidad que se acomete en el Instituto. Varios de nuestros investigadores han sido reconocidos por diversos motivos a nivel nacional o internacional. El profesor de investigación del CSIC José Pío Beltrán Porter, ha sido galardonado con el Premio a la Excelencia Química 2015 que otorgan el Ilustre Colegio Oficial de Químicos de la Comunidad Valenciana y la Asociación de Químicos de la Comunidad Valenciana. José Miguel Mulet, investigador del IBMCP ha sido galardonado con el prestigioso premio de divulgación científica otorgado por Naukas y finalmente el Investigador Pedro L. Rodríguez aparece en la Highly Cited Researcher List como uno de los científicos más citados en 2015. Nuestra más sincera enhorabuena a todos ellos.

En el apartado de la divulgación de la ciencia este año hemos acogido a 3 de los ganadores de la Olimpiadas Nacionales de Biología y han realizado una estancia de una semana familiarizándose con las técnicas punteras en Biotecnología Vegetal. También seguimos ofertando la iniciativa PLANTéatelo, la ciencia es divertida, para el fomento de vocaciones científicas entre estudiantes de Primaria y 1er ciclo de la ESO y las visitas guiadas que periódicamente organizamos que han permitido que más de 300 estudiantes de Secundaria conozcan nuestras investigaciones y cómo las hacemos.

Me gustaría acabar con el comentario que Charles Chaplin le hizo a A. Einstein con motivo del estreno de la película ‘Luces de la ciudad’: “la gente me aclama porque todos me entienden, y a usted, porque no le entiende nadie”. Depende de nosotros que se nos entienda.

Vicente Pallas Director

Fotografía tomada de Marin de la Rosa et al., 2015; PLOS Genetics | DOI:10.1371/journal.pgen.1005337

http://www.un.org/ga/search/view_doc.asp?symbol=A/RES/66/284

http://www.un.org/ga/search/view_doc.asp?symbol=A/RES/66/284

Scientific Report 2015

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Coinciding with the publication of the General Theory of Relativity by Albert Einstein in

1915, 2015, was announced the International Year of Light and Light-Based Technologies. Einstein was a brilliant scientist, but also a true psycho-analyst of humanity who left us sentences like: “Only two things are infinite: the universe and human stupidity, and I´m not sure about the former”. Only such human stupidity can explain why governments do not understand that ‘If there is no Science, there’s no future’, no matter how often you explain it to them, and ask over and over again. For 7 years running, our R&D expenditure has progressively been cut, abruptly at times, which has meant an accumulated loss of 12.8%. One awful consequence of these disinvestments is that many competitive research groups are no longer in the public financing system which, if repeated, could in time lead to situations that will be beyond repair.

We also celebrate another very special anniversary this year: 150 years since Gregor Mendel presented his studies on hybridisations in plants at the Brunn Natural History Society. They introduced the principles of the probability of segregating hereditary traits for different generations and were the start of Genetics, a discipline that has been historically rooted in our Institute and in which admirable contributions have been made.

Perhaps this is why, and as Einstein also said, “It’s in the crisis where we can show the very best in us,” that our Institute, the IBMCP, has increased its resources from the H2020 Programme and private funding.

Throughout 2015, the IBMCP has published 105 ISI articles, of which 75 were within the first quartile. Of these, 37 had an impact factor over 4, and 7 of these over 10. All this doubtlessly reflects the quality research conducted in our Institute. Several of our researchers have been acknowledged for various reasons in Spain and elsewhere. CSIC research teacher, José Pío Beltrán Porter, received the 2015 Chemical Excellence Award from the Official School of Chemists and the Chemists Association, both of the Valencian Community. José Miguel Mulet, an IBMCP researcher, received the prestigious scientific dissemination award from Naukas. Finally, researcher Pedro L. Rodríguez appears on the Highly Cited Researcher List as one of the most cited scientists in 2015. We warmly congratulate them all.

In the science dissemination section this year, we have three National Biology Olympic Winners who went on a 1-week stay to become familiar with leading Plant Biotechnology techniques. We have also continued offering the PLANTéatelo initiative, science is fun, to promote scientific vocations among Primary schoolchildren and year-1 secondary schoolchildren, with guided visits organised periodically so that more than 300 secondary education students learn about our research and how we conduct it.

I would like to end with what Charles Chaplin said to Albert Einstein for the “City Lights” film premiere: “They cheer me because they all understand me, and they cheer you because no-one understands you”. It is up to us for people to understand us.

Vicente Pallas Director

From Benlloch et al., 2015; Front. Plant Sci. 6:543. doi: 10.3389/fpls.2015.00543

Memoria 2015

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Memoria 2015

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ORGANIGRAMA / ORGANIZATIONAL CHART

Administración y Gerencia

Almacén

Biblioteca

Dirección

Vicedirección

Gerencia

Comisiones

Secuenciación de ADN y

Análisis de la expresión Génica

Proteómica

Microscopía

Metabolómica

Genómica

Bioinformática

Unidad de Servicios

Científico-Técnicos

Seguridad Radiológica,

Química y Biológica

Mantenimiento

Invernaderos

Lavado y Esterilizado

Junta de Instituto Claustro Científico

Servicios Generales

Desarrollo y Acción Hormonal en

Plantas

Biotecnología y Mejora Vegetal

de Especies Cultivadas

Mecanismos de la Respuesta al

Estrés en Plantas

Virología Molecular y Evolutiva de

Plantas

Departamentos

Vicedirección Adjunta

Cultura Científica

Memoria 2015

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DIRECCIÓN / MANAGEMENT

JUNTA DE INSTITUTO / INSTITUTE BOARD

DIRECTOR / DIRECTOR: Vicente Pallás Benet VICEDIRECTOR / VICE-DIRECTOR: Lynne Yenush VICEDIRECTOR ADJUNTO/VICE-DIRECTOR - SCIENTIFIC OUTREACH PROGRAMS: Luis A. Cañas Clemente SECRETARIO ADJUNTO / SECRETARY: Juan Ramón Galdeano Richart JEFES DE DEPARTAMENTO / DEPARTMENT HEADS: Francisco Madueño Albí Antonio Granell Richart Carmen Hernández Fort Ramón Serrano Salom REPRESENTANTE DE PERSONAL CIENTÍFICO/REPRESENTATIVE OF SCIENTIFIC STAFF: María Pilar López Gresa REPRESENTANTE RESTO DE PERSONAL/REPRESENTATIVE OF THE REMAINDER STAFF: María Victoria Palau Vich

DIRECTOR/DIRECTOR : Vicente Pallás Benet VICEDIRECCIÓN/VICE-DIRECTOR: Lynne Yenush

GERENCIA/MANAGER: Juan Ramón Galdeano Richart

VICEDIRECCIÓN ADJUNTA/VICE-DIRECTOR - SCIENTIFIC OUTREACH PROGRAMS: Luis A. Cañas Clemente

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SERVICIOS GENERALES / GENERAL SERVICES

ADMINISTRACIÓN / Administration

Responsable de gestión CSIC / Head of management service CSIC

Consuelo Martínez Bosch Responsable de gestión UPV y

Responsable de RRHH / Head of management service UPV & Head of human resources service Patricia Casas Font

Habilitado pagador / Paymaster Ana María Mira Martínez

Técnicos de Servicios Comunes / Tecnical Assistans common services Cristina Rozalen García

Responsable de gestión UPV / Head of management service UPV Pilar Carbonell

Secretaria de Dirección / Secretary to Managing director

María Ortiz Huedo

La Administración del Instituto está estructurada en tres áreas funcionales:

ÁREA DE GESTIÓN ECONÓMICO-FINANCIERA Y PRESUPUESTARIA. Funciones:

o Gestión presupuestaria. o Gestión contable o Gestión de tesorería. o Pagaduría. o Gestión de viajes y dietas.

ÁREA DE GESTIÓN DE PROYECTOS, COMPRAS Y PATRIMONIO. Funciones:

o Justificación de proyectos y contratos de investigación

o Gestión de cuentas internas. o Adquisición centralizada de

bienes. o Gestión de contratos de obras,

suministros, servicios y consultoría.

o Supervisión de compras. o Patrimonio. Inventario de bienes.

ÁREA DE RECURSOS HUMANOS. Funciones:

o Contrataciones temporales ( Becas, Contratos por Obra o Servicio).

o Vacaciones, permisos y licencias. o Asistencia en la elaboración de

informes.

The administration of the Institute is divided into three functional areas: • ECONOMIC AND FINANCIAL MANAGEMENT Functions: o Budget management o Accounting o Paymaster o Management of travel expenses

• PROJECT MANAGEMENT, PROCUREMENT AND HERITAGE. Functions: o Preparation of financial

documentation for Fianl Reports of Research Grants and Contracts

o Management of internal accounts o Supervision of centralized

purchases of common supplies and equipment

o Management of subcontracts for services and consulting

o Inventory of products and equipment

• AREA HUMAN RESOURCES. Functions: o Preparation of paperwork related

to contracts and fellowships for temporary employees (Pre- and post-doctoral fellows, technicians).

o Preparation of petitions for vacation time or leave of absence

o Assistance in annual and final report preparation


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ALMACEN / Warehouse

Responsable / Head of service

Juni Brines

BIBLIOTECA / Library

Responsable / Head of service Ramón Nogales

INFORMÁTICA / Computing Service

Responsable / Head of Service Alexis González Ramón Nogales

El Almacén del IBMCP, es el servicio responsable de la gestión y recepción centralizada de pedidos y compras del Instituto. Las funciones principales realizadas por este servicio, son:

Información y asesoramiento al personal investigador

Mantenimiento base de datos de material

Realización de pedidos

Recepción de material.

Gestión de albaranes.

La Biblioteca especializada del Instituto forma parte de la Red de Bibliotecas del CSIC. Sus catálogos de libros y revistas están disponibles dentro de Catálogos del CSIC. La Biblioteca del IBMCP tiene como objetivo prioritario ofrecer un apoyo eficaz en las necesidades bibliográficas y documentales de sus investigadores.

El Servicio de Informática del IBMCP se encarga de la gestión y administración de los más de 130 equipos informáticos (entre ordenadores personales, servidores Windows y UNIX, impresoras y otros periféricos) existentes en el centro, los cuales son utilizados por cerca de 200 usuarios.

The IBMCP Warehouse is the service responsible for the centralized management of purchases (ordering and reception/distribution of packages) made by the investigators of the Institute. The main functions performed by this service are: Information and advice to research

staff regarding the purchase of research products

Maintaining a database of purchases

Ordering Receiving and distributing material Management of delivery notes

The specialized library of the Institute is part of the CSIC Library Network. Catalogs of books and magazines are available in catalogs of CSIC. The primary goal of the IBMCP Library is to provide effective support regarding literature and documentary needs of its researchers.

The Computing Service of IBMCP is responsible for the management and administration of over 130 computers (including personal computers, Windows and UNIX servers, printers and other peripheral computing equipment).

http://bibliotecas.csic.es/

http://bibliotecas.csic.es/

http://aleph.csic.es/

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INVERNADERO / Greenhouse

Responsable / Head of Service Maria Victoria Palau Vich

Técnicos / Tecnical Assistans Antonio Villar Orozco Carmen Benito Agut Primitivo Murias Muñoz

LAVADO Y ESTERILIZADO / Labware Cleaning and sterilization Service

Responsable / Head of service Mª Angeles Pinto Sánchez

El IBMCP posee dos Fincas Experimentales. La más reciente tiene una superficie de 3.000 m2, y es una de las instalaciones más avanzadas tecnológicamente de España para el cultivo de plantas transgénicas. Consta de una superficie de 1.500m2 de invernadero totalmente automatizada, en la cual todos los parámetros climáticos están controlados para asegurar las mejores condiciones de cultivo para las plantas que crecen en su interior. El resto de superficie está ocupada por una serie de cámaras de crecimiento controlado (fitotrones) y otras instalaciones destinadas a la preparación de cultivos en maceta (preparación y recogida de semillas, esterilizado y lavado, etc.) o al análisis de fenotipos de plantas (laboratorio de fotografía). El Invernadero está compartimentado en cabinas independientes y automatizado para el control climático (equipado con sistemas de calefacción, aire acondicionado, iluminación artificial, pantalla de sombreo exterior etc.). En la nave adosada se encuentran la sala de fitotrones y la zona de trabajo y servicios (lavado, esterilizado, garaje, almacén-taller, despacho, vestuarios-aseos).

The IBMCP has two Experimental Greenhouses. The large greenhouse covers an area of 3,000 m2, and is one of the most technologically-advanced facilities in Spain for the cultivation of transgenic plants. It has a 1500m2 fully-automated greenhouse, in which all parameters are climate controlled to ensure the best growth conditions. The remaining area is occupied by a series of growth chambers and other facilities for the preparation of material (seed preparation and collection, sterilization and labware washing equipment, etc..) and the analysis of plant phenotypes (photo lab). The second Greenhouse contains several separate areas, which are independently climate-controlled (equipped with heating, air conditioning, artificial lighting, exterior shading etc..). The second greenhouse also contains a series of smaller growth chamber and a work area and additional services (labware washing equipment, sterilization, garage, warehouse, workshop, office, lockers, and restrooms).

El Servicio de Esterilizado y Lavado del IBMCP es un servicio centralizado encargado de prestar soporte a los laboratorios del centro en el ámbito del esterilizado y lavado de material como de medios, ajustando la programación en función de los diferentes tipos de procesos dependiendo de las necesidades. Funciones: Gestión de recogida y entrega de

material y medios Esterilización (sólidos / líquidos) Lavado material de laboratorio

The service Sterilized and IBMCP Wash is a centralized service responsible for providing support to the laboratories of the institute related to sterilization of media and washing of laboratory material, adjusting the schedule of these services depending on the needs of the investigators. Functions: Collection, processing and

delivery of materials and media Sterilization (solid / liquid)

Wash labware


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MANTENIMIENTO / Maintenance

Responsable / Head of service Carlos Darío Hernández López Técnicos / Tecnical Assistans Jose Luis Pérez Gramaje David Peláez Guirado

SEGURIDAD RADIOLÓGICA, QUÍMICA Y BIOLÓGICA / Radiation Safety and Biological Chemistry

Responsable / Head of service

Rafael Blay

El Servicio de Protección Radiológica, Química y Biológica (ServiProtec) realiza funciones de control, asesoramiento y coordinación relativas a las normas a que obliga la Legislación vigente sobre Seguridad Radiológica, Biológica y Química

El Servicio de Mantenimiento del IBMCP, es el responsable del mantenimiento reparación y conservación del equipamiento científico así como de las infraestructuras del Instituto. Las funciones principales del servicio se pueden resumir en las siguientes: Mantenimiento preventivo de

infraestructuras, instalaciones y equipamiento científico

Reparación de averías en infraestructuras, instalaciones y equipamiento científico

Diseño y ejecución de nuevas instalaciones

Supervisión y control de las actuaciones realizadas por subcontratas, sobre infraestructuras y equipamiento

Puesta en marcha y control del funcionamiento de instalaciones y equipos

Programación y control de automatismos y sistemas electrónicos

Supervisión flota de vehículos Asesoramiento técnico

The IBMCP Maintenance Service is responsible for the repair and maintenance of scientific equipment and infrastructure of the Institute. The main functions of the service can be summarized as follows: Preventive maintenance of

infrastructure, facilities and scientific equipment

Troubleshooting problems related to infrastructure, facilities and scientific equipment

Design and construction of new facilities

Supervision and control of the actions performed by subcontractors related to infrastructure and equipment

Implementing and supervising the operation control systems and equipment

Programming and supervision of electronic control systems

Maintenance of institute vehicles

Technical advice

The Radiation Protection Service, and Biological Chemistry (ServiProtec) is responsible for the control and coordination regarding the implementation of the existing legislation on Radiation, Biological and Chemical Safety.

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SERVICIOS CIENTÍFICOS – TÉCNICOS / SCIENTIFIC-TECHNICAL SERVICES

BIOINFORMÁTICA / Bioinformatics

Responsable / Head of Service Javier Forment Millet

El Servicio de Bioinformática proporciona la infraestructura de hardware, las herramientas computacionales, y la experiencia en el campo necesarios para la moderna investigación biológica. Ello incluye la planificación de experimentos, el desarrollo de bases de datos específicas, el tratamiento y almacenamiento adecuados de datos de genotipos, secuencias y estructura de ácidos nucleicos y proteínas, sobre todo en lo referente a los grandes conjuntos de datos obtenidos mediante las modernas técnicas de alto rendimiento, así como el desarrollo de páginas web y la ayuda en el planteamiento de actividades bioinformáticas en la solicitud de financiación de proyectos.

Bioinformatics Service provides hardware infrastructure, computational tools, and expertise in needed for modern biological research. This includes the planning of experiments, the development of specific databases, analysis and storage of genotyping data, sequences and structure of nucleic acids and proteins, especially in relation to large data sets using modern high-throughput techniques, as well as website development and technical support for the proposal of bioinformatics techniques and approaches in grant applications.


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GENÓMICA / Genomics

Responsable / Head of Service Lorena Latorre García

METABOLÓMICA / Metabolomics

Responsable / Head of Service Vicente Guardiola Técnicos / Tecnical Assistans Teresa Caballero Vizcaino

MICROSCOPÍA / Microscopy

Responsable / Head of Service Marisol Gascón

El Servicio de Genómica proporciona a los investigadores de este centro el acceso a un servicio completo de microarrays. Este servicio incluye el asesoramiento en la elección de la plataforma tecnológica y el diseño experimental, la fabricación de microarrays, el marcaje e hibridación de los mismos, así como el análisis de las imagenes y los datos obtenidos y la interpretación de los resultados.

El Servicio de Metabolómica dispone del equipamiento necesario para el abordaje de distintos análisis metabolómicos a partir de distintos materiales vegetales mediante técnicas de XC-MS:

Análisis de Compuestos Volátiles mediante GC-Q-MS

Análisis de Metabolitos Secundarios mediante UPLC-Q-Tof-MS

Análisis de Metabolitos Primarios mediante GC-GC-Tof-MS

Análisis de Etileno mediante GC-FID

Análisis de SA (Ácido Salicílico) mediante HPLC-Fluorescencia

The Genomics service provides researchers access to a full microarray service. This service includes advice on the choice of technology platform and the experimental design, manufacture of microarrays, labeling and hybridization, as well as image analysis and interpretation of results.

The Metabolomics Service has the equipment necessary to carry out different metabolomic analyses of different plant materials using XC-MS techniques: Analysis of Volatile Compounds by

GC-Q-MS Analysis of Secondary Metabolites by

UPLC-Q-Tof-MS Analysis of Primary Metabolites by

GC- GC-Tof- MS Analysis of Ethylene by GC-FID Analysis of SA (Salicylic Acid) by

HPLC-Fluorescence

El laboratorio de microscopía ofrece la infraestructura necesaria para el procesado de muestras vegetales y su posterior análisis y estudio a nivel óptico. Así mismo, el laboratorio dispone de los protocolos necesarios para la manipulación de las muestras desde su recogida de la planta hasta su fotografía digital, pasando por la aplicación de diversas técnicas. Se utilizan varias técnicas microscópicas y diferentes tipos de procesado de muestras: fijación y embebido de tejidos en parafina o resina, inmunolocalización de proteínas en tejidos incluídos en parafina o resina, hibridación in situ de mRNA, detección de GUS o GFP, tinciones específicas de componentes (orgánulos) celulares, microscopía confocal, ensayos de bioluminescencia, captura de células mediante microdisección con laser, etc.

The microscopy laboratory provides the necessary equipment for processing and subsequent optical analysis of plant samples. The laboratory has the necessary protocols for handling samples starting from the collection and preparation of the plant material to its digital photography. Several different kinds of microscopic and specimen processing techniques are used, including tissue fixation and embedding in paraffin or resin, immunolocalization of proteins in paraffin or resin-embedded samples, mRNA in situ hybridisation, detection of GUS or GFP, specific staining of cellular components (organelles), confocal microscopy, bioluminescence assays, capture of cells by laser microdissection, etc.

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PROTEÓMICA / Proteomics

Responsable / Head of Service Susana Tárraga

SECUENCIACIÓN DE DNA Y ANÁLISIS DE LA EXPRESIÓN GÉNICA / Dna Sequencing and Gene Expression Analysis

Responsable / Head of Service Eugenio Grau Técnicos / Tecnical Assistans Ana Marín Sanchis

El Servicio de Proteómica del IBMCP tiene por objeto ofrecer apoyo tecnológico a los grupos de investigación del IBMCP, de los Institutos de la UPV y de otros que lo requieran que precisen de las nuevas herramientas de la Proteómica. El laboratorio de Proteómica cuenta con el equipamiento necesario para ofrecer dos prestaciones principales. Por un lado, se puede llevar a cabo la separación de mezclas proteicas, simples o complejas, mediante electroforesis bidimensional (2D), pudiéndose aplicar la tecnología 2D-DIGE (two-dimensional difference gel electrophoresis), para el estudio de expresión diferencial entre distintas muestras. Por otro lado, el servicio cuenta con un FPLC para la separación de proteínas mediante cromatografía líquida.

The service IBMCP Proteomics aims to provide technological support to research groups of the Institute and others in Valencia. The Proteomics lab has the equipment necessary to provide three main services: Protein separation from simple or complex mixtures by two-dimensional electrophoresis (2D) 2D-DIGE (two-dimensional difference gel electrophoresis) technology to study differential expression between different samples. FPLC for protein separation by liquid chromatography

Desde su creación en el año 1996, el Servicio de Secuenciación de DNA satisface las necesidades de secuenciación de muestras de DNA que la actividad investigadora de los diversos grupos de este centro y otros de la Comunidad Valenciana genera. Dispone de un amplio y moderno equipamiento que posibilita además diversos abordajes en el análisis de la expresión génica.

Since its inception in 1996, the DNA Sequencing Service meets the needs of sequencing DNA samples for research activities of the various groups of the Institute and others investigators in Valencia. It also houses modern equipment used for different approaches in the analysis of gene expression.

http://www.ibmcp.csic.es/

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LÍNEAS Y SUBLÍNEAS DE INVESTIGACIÓN / RESEARCH GROUP AND SUB

1. DESARROLLO Y ACCIÓN HORMONAL EN PLANTAS / HORMONAL ACTION AND DEVELOPMENT IN PLANTS

1.1 DESARROLLO REPRODUCTIVO / REPRODUCTIVE DEVELOPMENT Dr. Francisco Madueño Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. José Pío Beltrán Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Dr. Luis Cañas Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC Dra. Cristina Ferrandiz Científico Titular CSIC / Research Scientific-CSIC 1.2 REGULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN Y EL METABOLISMO DE HORMONAS / REGULATION OF HORMONE METABOLISM AND SIGNALING Dr. Pablo Tornero Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dra. Isabel López Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Pedro L. Rodríguez Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC Dr. David Alabadí Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Miguel Ángel Blázquez Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC Dra. Mª Dolores Gómez Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Miguel A. Pérez Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Juan Carbonell Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Dr. Alejandro Ferrando Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. José León Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC 2. BIOTECNOLOGÍA Y MEJORA VEGETAL DE ESPECIES CULTIVADAS / PLANT BREEDING AND BIOTECHNOLOGY OF CROP SPECIES

Dr. Pablo Vera Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Prof. Vicente Moreno Catedrático UPV / Full Professor-UPV Prof. Alejandro Atarés Profesor Contratado Doctor UPV / Associate Professor-UPV Dr. Antonio Granell Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Dr. Diego Orzaez Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Antonio Monforte Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Leandro Peña Investigador Contratado FUNDECITRUS / Contracted Researcher by FUNDECITRUS

3. MECANISMOS DE LA RESPUESTA DE LAS PLANTAS AL ESTRÉS / MECHANISMS OF STRESS RESPONSES IN PLANTS 3.1 ESTRÉS ABIÓTICO / ABIOTIC STRESS Prof. Jose M. Mulet Profesor Contratado Doctor UPV / Associate Professor-UPV Prof. Oscar Vicente Catedrático UPV / Full Professor-UPV Dr. Markus Proft Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Prof. Amparo Pascual-Ahuir Profesor Titular UPV / Research Professor-UPV Prof. Ramón Serrano Catedrático UPV / Full Professor-UPV Prof. José Gadea Profesor Titular UPV / Research Professor-UPV Prof. Lynne Yenush Profesor Contratado Doctor UPV / Associate Professor-UPV Dr. Mario Fares Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Francisco Culiañez Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC Dr. Guillermo Rodrigo Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC

3.2 SEÑALIZACIÓN Y RESPUESTA AL ESTRÉS BIÓTICO / SIGNALING AND RESPONSES TO BIOTIC STRESS Prof. Vicente Conejero Catedrático UPV / Full Professor-UPV Prof. Ismael Rodrigo Profesor Titular UPV / Research Professor-UPV Prof. Jose M. Belles Profesor Titular UPV / Research Professor-UPV Prof. Purificación Lisón Profesor Contratado Doctor UPV / Associate Professor-UPV

4. VIROLOGÍA MOLECULAR Y EVOLUTIVA DE PLANTAS / PLANT MOLECULAR AND EVOLUTIONARY VIROLOGY Dra. Carmen Hernández Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Marcos De la Peña Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. José A. Darós Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Carlos Romero Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Ricardo Flores Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Dr. Vicente Pallás Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Dr. Jesús A. Sánchez Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC Dr. Santiago Elena Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Dr. Gustavo Gómez Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC

Memoria 2015

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Memoria 2015

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PERSONAL / STAFF

Personal Perteneciente al IBMCP en el año 2015 / IBMCP personnel in 2015

Evolución Personal Adscrito en el IBMCP / Evolution IBMCP Personnel


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DISTRIBUCIÓN INVESTIGADORES / RESEARCHER DISTRIBUTION

PUBLICACIONES / PUBLICATIONS

Índice Impacto Medio Annual / Annual Impact Factor Index

Memoria 2015

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Revistas en las que aparecen las Publicaciones del Personal Investigador del IBMCP en el Año 2015 / Journals in wich the IBMCP publications appear in 2015

REVISTA NºARTICULOS REVISTA NºARTICULOS REVISTA NºARTICULOS

Acta Horticulturae

4

Annals of Applied Biology

1 Annual Review of Virology

4

Archives of Virology

2 Biochimica et Biophysica Acta - Biomembranes

1 Biochimie 1

Bioinformatics 1 Biophysical Journal

1 Biotechnology journal

1

BMC Evolutionary Biology

1 BMC Genetics 1 BMC Genomics 2

BMC Plant Biology

1

Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine

3 Cell Cycle

1

Current Biology 1 Current Opinion in Plant Biology

1 Current opinion in virology

2

Developmental Cell

1 Ecological Engineering

1 European Journal of Plant Pathology

1

FEMS Yeast Research

2 Frontiers in Plant Science

5 Genome Biology and Evolution

1

Investigación y Ciencia

1 Journal of Biological Chemistry

2 Journal of Biotechnology

1

Journal of Evolutionary Biology

1 Journal of Experimental Botany

5 Journal of General Virology

1

Journal of Plant Pathology

1 Journal of Proteomics

1 Levante Agrícola 1

Metabolomics 1 Metallomics 1

Methods in molecular biology (Clifton, N,J,)

3

Molecular and Cellular Biology

1

Molecular Biology and Evolution

2 Molecular Breeding

1

Molecular Plant 2 Molecular Plant Pathology

2

Molecular Plant-Microbe Interactions

1


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REVISTA Nº PAGINAS REVISTA Nº PAGINAS REVISTA Nº PAGINAS

Nature Communications

1 Nature Plants

2 New Phytologist 2

Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca

3 Notulae Scientia Biologicae

1 Nucleic Acids Research

2

Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences

1 Physiologia Plantarum

4 Phytopathology

1

Plant Biotechnology Journal

1 Plant Cell 1 Plant Disease 2

Plant Pathology 2 Plant Physiology

3

Plant Physiology and Biochemistry

1

Plant Science 1 Plant signaling & behavior

1 Planta 1

PLoS Genetics 3 PLoS ONE 2 PLoS Pathogens 1

Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America

1 Propagation of Ornamental Plants

1 Science signaling

1

Scientia Horticulturae

1 Scientific Reports

2

Studia Universitatis Babes-Bolyai. Biologia (Online)

1

TAG, Theoretical and applied genetics, Theoretische und angewandte Genetik

1 Trends in Genetics

1 Trends in Plant Science

1

Virología 1 Virology 2 Virus Evolution 1

Virus Research 2 Yeast 1

Memoria 2015

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Evolución del número de Publicaciones ISI del IBMCP / Evolution of the ISI IBMCP Publications

Número de Publicaciones por Investigador / Number of Publications /Researcher

CSIC Media Areas 1,33


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Publicaciones ISI 2015 IBMCP / IBMCP ISI Publictions 2015

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SANCHEZ, F.; MANRIQUE, P.; MANSILLA, C.; LUNELLO, P.; WANG, X.; RODRIGO, G.; LOPEZ-GONZALEZ, S.;

JENNER, C.; GONZALEZ-MELENDI, P.; ELENA, S.F.; WALSH, J.; PONZ, F. (2015) Viral strain-specific differential alterations in arabidopsis developmental patterns. Molecular Plant-Microbe Interactions, 28(12): 1304-1315

SAYAS, E.; GARCÍA-LÓPEZ, F.; SERRANO, R. (2015) Toxicity, mutagenicity and transport in Saccharomyces

cerevisiae of three popular DNA intercalating fluorescent dyes. Yeast, 32(9): 595-606 SCHEETS, K.; JORDAN, R.; WHITE, K.A.; HERNÁNDEZ, C. (2015) Pelarspovirus, a proposed new genus in the

family Tombusviridae. Archives of Virology, 160(9): 2385-2393 SCHIOP, S.T.; AL HASSAN, M.; SESTRAS, A.F.; BOSCAIU, M.; SESTRAS, R.E.; VICENTE, O. (2015) Identification of

salt stress biomarkers in Romanian Carpathian populations of Picea abies (L.) Karst. PLoS ONE, 10(8): e0135419

SERRA-SORIANO, M.; NAVARRO, J.A.; GENOVES, A.; PALLÁS, V. (2015) Comparative proteomic analysis of

melon phloem exudates in response to viral infection. Journal of Proteomics, 124: 11-24 SHEN, S.; RODRIGO, G.; PRAKASH, S.; MAJER, E.; LANDRAIN, T.E.; KIROV, B.; DARÒS, J.-A.; JARAMILLO, A. (2015)

Dynamic signal processing by ribozyme-mediated RNA circuits to control gene expression. Nucleic Acids Research, 43(10): 5158-5170

SOLER, N.; FAGOAGA, C.; LÓPEZ, C.; MORENO, P.; NAVARRO, L.; FLORES, R.; PEÑA, L. (2015) Symptoms induced

by transgenic expression of p23 from Citrus tristeza virus in phloem-associated cells of Mexican lime mimic virus infection without the aberrations accompanying constitutive expression. Molecular Plant Pathology, 16(4): 388-399


35

SUSSMILCH, F.C.; BERBEL, A.; HECHT, V.; VANDER SCHOOR, J.K.; FERRÁNDIZ, C.; MADUEÑO, F.; WELLER, J.L.

(2015) Pea VEGETATIVE2 is an FD homolog that is essential for flowering and compound inflorescence development. Plant Cell, 27(4): 1046-1060

TABERNER, F.J.; FERNÁNDEZ-BALLESTER, G.; FERNÁNDEZ-CARVAJAL, A.; FERRER-MONTIEL, A. (2015) TRP

channels interaction with lipids and its implications in disease. Biochimica et Biophysica Acta – Biomembranes, 1848(9): 1818-1827

TAÏBI, K.; DEL CAMPO, A.D.; AGUADO, A.; MULET, J.M. (2015) The effect of genotype by environment

interaction, phenotypic plasticity and adaptation on Pinus halepensis reforestation establishment under expected climate drifts. Ecological Engineering, 84: 218-228

VANACLOIG-PEDROS, E.; BETS-PLASENCIA, C.; PASCUAL-AHUIR, A.; PROFT, M. (2015) Coordinated gene

regulation in the initial phase of salt stress adaptation. Journal of Biological Chemistry, 290(16): 10163-10175

VAZQUEZ-VILAR, M.; SARRION-PERDIGONES, A.; ZIARSOLO, P.; BLANCA, J.; GRANELL, A.; ORZAEZ, D. (2015)

Software-Assisted Stacking of Gene Modules Using GoldenBraid 2.0 DNA-Assembly Framework. Methods in molecular biology (Clifton, N,J,), 1284: 399-420

VERA-SIRERA, F.; DE RYBEL, B.; ÚRBEZ, C.; KOUKLAS, E.; PESQUERA, M.; ÁLVAREZ-MAHECHA, J.C.; MINGUET,

E.G.; TUOMINEN, H.; CARBONELL, J.; BORST, J.W.; WEIJERS, D.; BLÁZQUEZ, M.A. (2015) A bHLH-Based Feedback Loop Restricts Vascular Cell Proliferation in Plants. Developmental Cell, 35(4): 432-443

VERHOEVEN, J.TH.J.; ROENHORST, J.W.; HOOFTMAN, M.; MEEKES, E.T.M.; FLORES, R.; SERRA, P. (2015) A

pospiviroid from symptomless portulaca plants closely related to iresine viroid 1. Virus Research, 205: 22-26

VICENT, I.; NAVARRO, A.; MULET, J.M.; SHARMA, S.; SERRANO, R. (2015) Uptake of inorganic phosphate is a

limiting factor for Saccharomyces cerevisiae during growth at low temperatures. FEMS Yeast Research, 15(3): 008

WU, B.; SHANG, X.; SCHUBERT, J.; HABEKUß, A.; ELENA, S.F.; WANG, X. (2015) Global-scale computational

analysis of genomic sequences reveals the recombination pattern and coevolution dynamics of cereal-infecting geminiviruses. Scientific Reports, 5: 8153

ZAMORA-MACORRA, E.J.; OCHOA-MARTÍNEZ, D.L.; VALDOVINOS-PONCE, G.; ROJAS-MARTÍNEZ, R.; RAMÍREZ-

ROJAS, S.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.Á.; PALLÁS, V.; APARICIO, F. (2015) Simultaneous detection of Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, Pepino mosaic virus and Mexican papita viroid by non-radioactive molecular hybridization using a unique polyprobe. European Journal of Plant Pathology, 143(4): 779-787

ZWART, M.P.; ELENA, S.F. (2015) Matters of size: genetic bottlenecks in virus infection and their potential

impact on evolution. Annual Review of Virology, 2: 161-179 ZWART, M.P.; ELENA, S.F. (2015) Testing the independent action hypothesis of plant pathogen mode of

action: A simple and powerful new approach. Phytopathology, 105: 18-25

Memoria 2015

36

TESIS / THESES

Tésis leídas en el 2015 / Theses in 2015

NOMBRE /NAME

TITULO TESIS / THESIS TITLE

DIRECTOR / SUPERVISOR

FECHA / DATE

UNIVERSIDAD / UNIVERSITY

Félix Martínez Macías

Nuevos genes reguladores de la tolerància la estrés abiótico en Arabidopsis

R. Serrano / J. Muñoz

30/01/2015

Universidad Politécnica de Valencia

Sofia Minoia

Degradación in vivo de un viroide de replicación nuclear: rutes catlizadas por proteïnes Argonauta cargadas con pequeños RNAs viroidales y por otras ribonucleases que generan RNAs subgenómicos

R. Flores / B. Navarro

13/03/2015


Carolina Gallego Giraldo

Percepción y señalización de las Giberelinas durante la fructificación en Arabidopsis Thaliana

M.A. Pérez-Amador

29/04/2015


Cecilia Primo Planta

Mecanismos de regulación post-traduccional de transportadores de la membrana plasmática: Papel de las quinases HaI4 y HaI5 en el trafico de transportadores de nutrientes e iones en el organismo modelo Saccharomyces cerevisiae

L. Yenush

19/06/2015


Shima Mahmoud Ali Ibrahim

Protein kinases and phosphatases regulating the yeast proton pump

R. Serrano

29/07/2015



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NOMBRE /NAME

TITULO TESIS / THESIS TITLE

DIRECTOR / SUPERVISOR

FECHA / DATE

UNIVERSIDAD / UNIVERSITY

Josefina Patricia Fernández Moreno

Tomato fleshy fruit quality improvement: characterization of genes and genòmic regions associated to specialized metabolism in tomato fleshy fruit

A. Granell / D. Orzaez

21/09/2015

Universidad Politécnia de Valencia

Julia Hillung

La emergència viral como consecuencia de la interacción entre las variabilidades genéticas del virus y huésped

S. Elena

05/11/2015

Universidad de Valencia

Lesia Rodriguez Solovey

Identificador of Targets and Auxiliary Proteins of PYR/PYL/RCAR ABA receptors: Protein Phosphatase Type 2C (PP2Cs) and C2-Domain ABA-related Proteins (CARs)

P.L. Rodriguez

30/11/2015


Sandra Fresquet Corrales

Diseño y validación de herramientas biotecnológicas para la mejora del valor nutricional de la alfalfa (Medicago Sativa L.)

L. Cañas / J.P. Beltrán / E. Roque

11/12/2015


Memoria 2015

38

ESTANCIAS INTERNACIONALES / INTERNATIONAL RESEACH STAYS

Estancias Internacionales del Personal Investigador en el IBMCP en 2015 /

International research staff stays in IBMCP in 2015

TOTAL: 22 ESTANCIAS / 22 STAYS - 5 MESES MEDIA / 5 MONTHS MEDIA

FINANCIACIÓN / FINANCING RESOURCES

MICINN GV INTERNACIONALES OTROS CONTRATOS PRIVADOS


39

MASTER IBMCP / IBMCP MASTER

NOMBRE / NAME UNIVERSIDAD DE PROCEDENCIA / UNIVERSITY OF ORIGEN

Alarcia García, Ana Universidad de Salamanca

Albalat Peraita, Victoria Universidad Politécnica de Valencia

Alemany Campos, Estela Universidad Politécnica de Valencia

Aliaga Franco, Norma Universidad de Valencia

Beceiro Durán, Cristina Universidad de A Coruña

Contreras Garrido, Adrián Universidad de Valencia

Chucuri, Juan Universidad Bolivar (Ecuador)

Escoms Marín, Ernesto Universidad politécnica de Valencia

Fuertes Bailón, Diana Universidad de Zaragoza

González Miguélez, Rubén Universidad de Vigo

Huamani Mallma, Delo Dalison Universidad de Ecuador

Lamilla Monje, Julian Rodrigo Universidad Militar Nueva Granada (Colombia)

Martínez Arias, Clara Universidad Politécnica de Valencia

Navarro Pedrós, Marina Universidad de Valencia

Ozáez Martínez, Miguel Universidad de Valencia

Praena Tamayo, Jesús Universidad de Málaga

Quinatoa Lozada, Eduardo Fabian Universidad de Ambato (Ecuador)

Sánchez Gerschon, Verónica Universidad de Valencia

Sans Sánchez, Adrià Universidad Rovira I Virgili (Tarragona)

MÁSTER UNIVERSITARIO EN BIOTECNOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR DE PLANTAS

Las plantas constituyen una fuente valiosísima de productos y utilizaciones de interés muy diverso, (agroalimentario, farmacológico, industrial, ornamental y ecológico). La explotación al máximo de sus capacidades productivas, el diseño y desarrollo de nuevas capacidades de los cultivos existentes haciéndolo de un modo sostenible exige, cada día más, una mayor preparación en las técnicas más novedosas en biotecnología. Con este fin, nuestro Máster, enmarcado en el programa de posgrado de biotecnología de la UPV, aporta un plan de estudios en el que el alumno estudiará en profundidad las técnicas y aplicaciones más punteras en el campo de la biotecnología vegetal, aportando también una perspectiva empresarial.

Créditos: 90 ECTS

MASTER IN PLANT MOLECULAR AND CELLULAR BIOTECNOLOGY Plants are a valuable source of products with diverse applications in an increasing number of fields of interest (agrifood, medicinal products, ornamental and ecological applications). The full exploitation of their productive capacity and the design and development of new attributes which add value to existing crops using sustainable methodologies requires high-quality training in state-of-the-art biotechnology. To this end, this Master Degree, part of the Biotechnology graduate program at the UPV, provides a course structure in which the student will study in depth the most advanced techniques and applications in the field of experimental plant biotechnology, while also acquiring a business perspective.

Credits: 90 ECTS

Datos de Contacto: Telf.: +34 96 387 78 76 [email protected] www.ibmcp.upv.es

http://www.ibmcp.upv.es/

Memoria 2015

40

SEMINARIOS IBMCP / IBMCP Seminars

NOMBRE /NAME TITULO / TITLE

FECHA / DATE

PROCEDENCIA / ORIGIN

José F. Marcos

Péptidos Antifúngicos ¿Nuevas Armas de Protección Vegetal?

16/01/2015

Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (CSIC) Valencia

Gregory Velicer

Kin discrimination in a social bacterium

30/01/2015

ETH Zürich

Manuel Toharia

¿Deben saber divulgar los científicos?

13/02/2015

Ciudad de las Artes y las Ciencias. Valencia

Cristóbal Uauy

Into the field: understanding complex traits for wheat improvement

06/03/2015

John Innes Centre, UK

Alberto Urbaneja

Pasado, presente y futuro del control biológico de plagas agrícolas

27/03/2015

Instituto Valenciano de Investigaciones Agraruas (IVIA) Valencia

Luis E. Eguiarte

Evolución de ágaves y cactáceas: el origen del mezcal y la tequila y el papel de los murciélagos

10/04/2015

Instituto de Ecología de la UNAM

José Pío Beltrán

EPSO: your network to strengthen your institute and plant science in Europe

17/04/2015

Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP) Valencia

Joseph M. Bové

Will huanglongbing destroy Mediterranean citrus, now that the insect-vector has entered continental Spain and Portugal?

23/04/2015

Centre de Recherche INRA de Bordeaux France

Teva Vernoux

Emergence of periodic organogenesis in a plant self-organizing system

24/04/2015

ENS-Lyon, France

Widmar Tanner

50 Years of Membrane Transport Proteins – How about the Role of Lipids?

30/04/2015

University of Regensburg, Germany


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NOMBRE /NAME TITULO / TITLE

FECHA / DATE

PROCEDENCIA / ORIGIN

Lars Østergaard

Symmetry matters in gynoecium development

08/05/2015

Crop Genetics Dep. John Innes Centre, UK

Luis Enjuanes

Virus emergentes: Coronavirus y Ébola

15/05/2015

Centro Nacional de Biotecnología (CSIC) Dept. Biol. Mol & Cell. Coronavirus Lab. Madrid

Arcady Mushegian

Similarity measures and similarity searches for genome-wide numeric datasets

26/06/2015

NSF Genetic Mechanisms Program Director (USA)

Robbie Loewith

Structural Insights into Target of Rapamycin Complex form and functions

03/07/2015

Dep. of Molecular Biology University of Geneva

Anna Stepanova

Ribosome footprinting unveils gene-specific translational regulation of hormonal responses

10/07/2015

Department of Plant and Microbial Biology North Carolina State University. USA.

Noel Ellis

Mendel's factors today

22/09/2015

International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT). Hyderabad, India

Ana Caño-Delgado

Novel approaches for the study of plant stem cells

25/09/2015

Centre de Recerca en Agrigenòmica (CRAG), Barcelona

Fabio T.S. Nogueira

Big roles for microRNAs in fruit development

30/10/2015

Biology Department in ESALQ/University of Sao Paulo Brazil

Peter Palukaitis

Subcellular biology and transcriptome responses in RDR1-silenced tobacco: effect of PVY infection

20/11/2015

Seoul Women’s University, Korea

Memoria 2015

42

Memoria 2015

44

ACTIVIDADES DE DIVULGACIÓN

Israel Campos Bes Morgane Blanot Pau Congost i Escoín Javier Martínez Latorre

La Comisión de Divulgación ha participado durante el año 2015 en diversas actividades de Cultura Científica: Ciclo de visitas guiadas al IBMCP para estudiantes de bachillerato

7 Visitas guiadas para 158 alumnos de 2º de Bachiller

Participación en el Día Internacional de la Fascinación por las Plantas, iniciativa de EPSO a

nivel europeo. 19 mayo del 2015 Coordinador en España: José Pío Beltrán Investigadores Participantes: D. Orzaez, J.M. Mulet Participación en actividades organizadas por el IBMCP: 30 profesores de Enseñanza Secundaria

Participación en Expociencia 30 de mayo 2015

Parque Tecnológico de la Universidad de Valencia (Burjassot) con un stand denominado MICROPLANT

Olimpiadas Nacionales de Biología del CSIC: Estancia de 5 días de tres de los ganadores participando en actividades de investigación. 6-10 de julio del 2015

Organización de las Jornadas Científicas del IBMCP 2015 (17Noviembre)

Edición del número 6 y 7 de Newsletter del IBMCP

Mª Dolores Gómez Concha Gómez Luis Cañas Isabel López Marisol Gascón Cristina Úrbez Esther Carrera Juan Carbonell



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OUTREACH ACTIVITIES

The IBMCP participated during 2015 in different outreach activities organized by our Outreach Commission: Guided visits to our installations and scientific services for scholars

- 7 Guided visits of 158 high school scholars

Participation in the International Fascination of Plants Day, an EPSO outreach initiative in

Europe. 19 may 2015 Coordinator in Spain: José Pío Beltrán

Participants Researchers: D. Orzaez, J.M. Mulet Participants in the activities organized by the IBMCP: 30 high school professors.

Participation the Expociencia 30 may, 2015

Parc Technologic at the Valencia University (Burjassot) with a stand named MICROPLANT National Olympics of Biology (CSIC): Stage of five days of 3 winners participating in research activities. 6 – 10 july, 2015

Organization of the Scientific Conference IBMCP – 2015 (17 November)

Edition of 5 numbers of the IBMCP Newsletter

Mª Dolores Gómez Concha Gómez Luis Cañas Isabel López Marisol Gascón Cristina Úrbez Esther Carrera Juan Carbonell


Memoria 2015

46

COMUNICACIÓN – NOTAS DE PRENSA

Valencia, 18 de noviembre de 2015 El IBMCP organiza la actividad “Cultivos biotecnológicos: las plantas del futuro”, destinada a profesores de secundaria

Con motivo de la Semana de la Ciencia 2015, y patrocinado por la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular, el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València, organizó una actividad para 50 profesores de secundaria de toda la Comunidad Valenciana, bajo el título “Cultivos biotecnológicos: las plantas del futuro”, que tuvo lugar ayer, martes 17 de noviembre, en la sede del IBMCP (Ciudad Politécnica de la Innovación).

Madrid-Valencia, 5 de marzo de 2015 Hallada una nueva familia de proteínas que controla la resistencia de las plantas a la sequía

Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han identificado y caracterizado una nueva familia de proteínas que controla directamente la resistencia de las plantas a la sequía. Estas proteínas facilitan la función de los receptores

que activan la señalización de lahormona ácido abscísico (ABA), clave en larespuesta adaptativa para sobrevivir a situaciones de estrés ambiental. Los resultados han sido publicados en la revista Plant Cell.


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COMMUNICATION – PRESS RELEASES

Valencia, 23 de noviembre de 2015 José Pío Beltrán recibe el Premio a la Excelencia Química 2015

El profesor de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) José Pío Beltrán Porter, que trabaja en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas, centro mixto del CSIC y la Universitat Politècnica de València, ha sido galardonado con el Premio a la Excelencia Química 2015 que otorgan el Ilustre Colegio Oficial de Químicos de la Comunidad Valenciana y la Asociación de Químicos de la Comunidad Valenciana. Beltrán Porter recibió el galardón el pasado viernes, 20 de noviembre, en el Hotel Puerta de Valencia, con motivo de los actos de conmemoración de la festividad del Día Nacional de la Química y de su patrón San Alberto Magno.

Memoria 2014

48

50

Esta línea de investigación se centra en el estudio de las rutas genéticas y de señalización que controlan el

desarrollo de los órganos reproductivos de las plantas. Los objetivos generales de esta línea de investigación son:

Entender en detalle las redes genéticas que controlan el desarrollo de las inflorescencias, las flores y los frutos.

Desarrollar modelos que expliquen cómo actúan esas redes, y entender de que manera han evolucionado en diferentes especies para generar diversidad.

Identificar dianas moleculares para la manipulación de caracteres de interés agronómico.

Generar herramientas biotecnológicas para mejorar caracteres relacionados con el desarrollo reproductivo (floración, producción de flores y frutos) en las especies de cultivo.

Un objetivo estratégico de nuestra investigación es el de aplicar nuestros conocimientos básicos más recientes sobre el desarrollo vegetal a la modificación de características agronómicamente importantes en especies cultivadas. Esto se hace posible tanto por los problemas biológicos que estudiamos como por la utilización en nuestra investigación no sólo de las especies modelo clásicas sino también de especies de cultivo. Grupos de Investigación:

Arquitectura de la Inflorescencia (Madueño, F)

Biología y Biotecnología del Desarrollo Reproductivo (Beltrán, JP / Cañas, LA / Gómez-Mena, C)

Genética Molecular del Desarrollo de Carpelos y Frutos (Ferrándiz, C)

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This research line addresses the signalling and genetic pathways controlling patterning in several aspects of

plant development. Our general aims are:

To detail the molecular-genetic networks directing inflorescence, flower and fruit development.

To model how such networks act and to ask how different species have evolved variations to generate diversity.

To identify molecular targets for the manipulation of agronomically-important traits.

To generate biotechnological tools for improving flowering in horticultural and crop species. One strategic aim of our research is to apply our new-found basic knowledge on plant development to the modification of agronomical important traits in crops. This is made possible by both our choices of biological problems to be studied, and by using experimental crop plants beyond the classical plant model species. Research groups:

Inflorescence Architecture (Madueño, F)

Biology and Biotechnology of Reproductive Development (Beltrán, JP / Cañas, LA / Gómez-Mena, C)

Developmental Genetics of Carpel and Fruit Morphogenesis (Ferrándiz, C)

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DESARROLLO REPRODUCTIVO

Figura 1. Mutantes en el gen VEG2 de guisante. La mutación débil veg2-2 causa floración tardía y sustitución de las primeras inflorescencias secundarias (I2s) por inflorescencias primarias (I1s). La mutación fuerte veg2-1 causa la sustitución de todas las I2 por I1s. (Reproducido de Sussmilch, Berbel, et al., 2015, The Plant Cell 27: 1046–1060). Fig 1. Mutants in the pea VEG2 gene. The weak veg2-2 mutation causes late flowering and replacement of the first secondary inflorescences (I2s) by primary inflorescences (I1s). The strong veg2-1 mutation causes replacement of all the I2s by I1s (Figure taken from Sussmilch, Berbel, et al., 2015, The Plant Cell 27: 1046–

1060).

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Francisco Madueño Albi (Científico Titular CSIC / Research Scientist CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Ana Berbel Tornero Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Marina Silvestre Vañó Mariana Krüger Técnicos Superiores Especializados / Senior Technician María José Domenech Mir Estudiante Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students Marcos Serra Picó

ARQUITECTURA DE LA INFLORESCENCIA

Nuestro laboratorio está interesado en entender el desarrollo de la inflorescencia, la región de la planta donde se forman las flores, las redes genéticas que lo regulan y de qué manera éstas han evolucionado en diferentes especies para generar la enorme diversidad de arquitecturas presentes en la naturaleza. Una división importante es entre inflorescencias indeterminadas, en las que el meristemo apical del tallo tiene una capacidad de crecimiento ilimitada, y determinadas, en las que el meristemo apical forma una flor terminal. Otra división importante es entre inflorescencias simples, en las que las flores derivan directamente del meristemo apical del tallo, es decir, se forman directamente en el tallo principal de la inflorescencia, e inflorescencias compuestas, en las que el tallo principal no produce las flores sino que produce 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. Por un lado, trabajamos con Arabidopsis thaliana, con una inflorescencia simple indeterminada. El crecimiento indeterminado de la inflorescencia de Arabidopsis se debe al gen TERMINAL FLOWER1 (TFL1), que evita que el meristemo inflorescente se convierta en floral. Para ello, TFL1 se expresa en el meristemo inflorescente (Fig. 1), 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 controlan la arquitectura de la inflorescencia. También trabajamos con las leguminosas guisante y Medicago truncatula, que tienen una inflorescencia compuesta. Además de los homólogos a TFL1, LFY y AP1, en la red genética que controla la identidad de los meristemos en leguminosas también participan nuevos genes responsables de la formación de las inflorescencias secundarias. Nosotros trabajamos en la identificación y caracterización de esos nuevos genes, para entender cómo la red genética en las leguminosas ha evolucionado para originar las inflorescencias compuestas.

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Cursos Courses

PU

Publicaciones Publications

PU

SUSSMILCH, F.C.; BERBEL, A.; HECHT, V.; VANDER SCHOOR, J.K.; FERRÁNDIZ, C.; MADUEÑO, F.; WELLER, J.L. (2015) Pea VEGETATIVE2 is an FD homolog that is essential for flowering and compound inflorescence development. Plant Cell, 27(4): 1046-1060

BAUMANN, K.; VENAIL, J.; BERBEL, A.; DOMENECH, M.J.; MONEY, T.;

CONTI, L.; HANZAWA, Y.; MADUENO, F.; BRADLEY, D. (2015) Changing the spatial pattern of TFL1 expression reveals its key role in the shoot meristem in controlling Arabidopsis flowering architecture. Journal of Experimental Botany, 66(15): 4769-4780

BENLLOCH, R; BERBEL, A; ALI, L; GOHARI, G; MILLÁN, T; MADUEÑO, F

(2015) Genetic control of inflorescence architecture in legumes. Frontiers in Plant Science, 6: 543

Madueño, F. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas

Proyectos Projects

PU

‘LEGumes for the Agriculture of TOmorrow (LEGATO)’ FP7- KBBE-2013-7-613551 Duración: 01/01/2014 – 31/12/2014 IP: Francisco Madueño ‘Control de la Floracion: Los Factores de Transcripcion Voz como nuevos Reguladores Transversales de la Red Genetica’ BFU2012-38929 Duración: 01/01/2013 – 31/12/2015 IP: Franciso Madueño

INFLORESCENCE ARCHITECTURE

Our lab is interested in understanding the development of the inflorescence, the part of the plant that subtend the flowers, how are the genetic networks controlling its formation and how they have evolved to generate the huge diversity of architectures that are found in nature. A main division is between indeterminate inflorescences, where the shoot apical meristem (SAM) has an unlimited growth capacity, and determinate inflorescences, where the SAM gets converted into a terminal flower. Another classification differentiates between simple inflorescences, where flowers directly derive from the SAM, i.e., they are formed at the main inflorescence axis, and compound inflorescences, where flowers are formed at secondary or even higher order axis. The position where flowers are formed depends on the identity of the meristems at the inflorescence apex, whether the SAM stays as an inflorescence meristem or becomes a floral meristem, or whether the primary inflorescence meristem produces floral meristems or secondary inflorescence meristems. We study the genetic network which specify meristem identity at the inflorescence apex. On the one hand, we work with Arabidopsis thaliana, with a simple indeterminate inflorescence. The indeterminate growth of the Arabidopsis inflorescence depends on the TERMINAL FLOWER1 (TFL1) gene, which prevents the inflorescence meristem to become floral. TFL1 is expressed in the inflorescence meristem, restricting the expression of the floral identity genes LFY and AP1 to the flanks of the SAM (Fig. 1). We study how TFL1 expression pattern is established, which genes regulate its expression and how they control inflorescence architecture. We also work with the legumes species pea and Medicago truncatula, which have compound inflorescences. In addition to TFL1, LFY and AP1 homologues, other novel genes participate in the legume inflorescence genetic network to direct the formation the secondary inflorescences. We work on the identification and characterization of these genes, aiming to understand how the genetic network has evolved to generate the legume compound inflorescence.

REPRODUCTIVE DEVELOPMENT

Fig 2. Red genética de la identidad de meristemos de la inflorescencia compuesta de guisante y mutantes de los genes que la componen. El gen DET controla la identidad del meristemo de inflorescencia primario (I1), VEG1 controla la identidad del meristemo inflorescente secundario (I2) y PIM controla la identidad del meristemo floral. (Reproducido de Benlloch, Berbel et al., 2015, Front Plant Sci. 6:543). Fig 2. Genetic network controlling meristem identity in the compound inflorescence of legumes and pea mutants of the genes that constitute this network. The DET gene controls identity of primary inflorescence (I1) meristem, VEG1 controls identity of secondary inflorescence (I2) meristem and PIM controls floral meristem identity (Figure taken from Benlloch, Berbel et al., 2015, Front Plant Sci. 6:543).

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Fig. 1. Hibridación in situ de mRNAs de MtPI y MtNGL9 en yemas florales silvestres de M. truncatula. (A, B) La expresión de MtPI se detectó en las células del primordio común (CP). (C, D) En estádíos más avanzados, la expresión de MtPI se detectó en pétalos (P) y estambres (St) diferenciados. (E, F) MtNGL9 se expresa levemente en estadíos 2 y 4 en las células del primordio común. (G) En el estadío 5, el mRNA de MtNGL9 se detectó levemente en las células de pétalos y estambres diferenciados. (H) En el estadío 7, la expresión de MtNGL9 se detectó también en óvulos (Ov). Fig. 1. In situ hybridization of the MtPI and MtNGL9 mRNAs in M. truncatula wild-type flower buds. (A, B) MtPI expression was detected in cells of the common primordia (CP). (C, D) At late stages, MtPI was strongly expressed in the differentiated petals (P) and stamens (St). (E, F) MtNGL9 was weakly expressed at stages 2 and 4 in cells of the common primordia. (G) At stage 5, MtNGL9 mRNA was weakly detected in the cells of differentiated petals and stamens. (H) At stage 7, MtNGL9 was also detected in ovules (Ov).


Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers José Pío Beltrán Porter (Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC) Luis Antonio Cañas Clemente (Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC ) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Concha Gómez Mena Mónica Medina Herranz Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Sandra Fresquet Corrales Rim Hamza Tit. Superior Act. Técnicas y Profesionales/ Senior Technical Specialist Edelín Roque Mesa Técnico Superior de Laboratorio / Senior Technicians Laboratory Mª Cruz Rochina Peñalver Estudiante Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students José Ricardo Linares Gonzáles Pablo Romero García Marina Navarro Pedrós

Visitantes / Visitors Rosa Sandoval Oliveros

BIOLOGÍA Y BIOTECNOLOGÍA DEL DESARROLLO REPRODUCTIVO El objetivo general del grupo de Biología y Biotecnología del Desarrollo Reproductivo 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, etc.). Estudiamos los genes reguladores implicados en el proceso de floración (familia MADS-box) de las leguminosas utilizando Medicago truncatula como modelo experimental, su proceso evolutivo, así como algunos de sus genes diana con expresión específica en estambres. Utilizamos las regiones promotoras de esos genes para expresar en las anteras de la flor genes citotóxicos que produzcan esterilidad masculina de gran aplicación en la obtención de líneas híbridas y en la eliminación del polen en determinadas plantas. Otras aplicaciones biotecnológicas actualmente en curso permiten adelantar, retrasar o suprimir el proceso de floración en alfalfa (Medicago sativa), así como la síntesis de novo en la planta de antocianinas y proantocianidinas (taninos condensados) para impedir el meteorismo en el ganado o la producción de forraje con menos lignina. También estudiamos los procesos relacionados con la inducción mediante androesterilidad generada por ingeniería genética de frutos partenocárpicos en tomate (Solanum lycopersicum), identificando genes relacionados con este proceso y vías de señalización. Recientemente hemos desarrollado protocolos para la propagación y regeneración in vitro de plantas de Edelweis, una especie alpina amenazada por el cambio climático y con interesantes propiedades farmacológicas.

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CAÑAS, L.A. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 50 Horas

BELTRÁN, J.P. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 50 Horas

Fig. 2. El gen HYDRA es el ortólogo del gen SPOROCYTELESS de Arabidopsis. (A) Flor y fruto del mutante partenocárpico hydra. (B) El mutante hydra contiene una inserción de DNA en el gen SlSPL. (C) Análisis filogenético de proteínas SPL-like de diferentes especies de plantas. Fig. 2. HYDRA is the functional ortholog of the Arabidopsis SPOROCYTELESS gene. (A) Flower and fruit of the parthenocarpic hydra mutant (B) hydra mutant contains an insertion element in the SlSPL gene. (C) Phylogenetic analysis of SPL-like proteins from different plant species.


BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY OF REPRODUCTIVE DEVELOPMENT

The general objective of the group of Biology and Biotechnology of Reproductive Development is the study of those genes involved in the flowering process (transition, induction, morphogenesis and flower / fruit development), with a view to its biotechnological use in the production of transgenic plants with agronomic interest (legumes, tomato, etc.). We study the regulatory genes involved in the flowering process (MADS-box family) in legumes using Medicago truncatula as model system, their evolutionary fate and someone of their target genes with specific expression in reproductive organs, especially anther or pollen-specific genes. We use the promoter regions of these genes fused to cytotoxic genes to produce engineered male-sterile plants with great interest in the production of hybrid lines and to avoid pollen release in allergenic plants. Other biotechnological applications allow to produce early flowering plants or to suppress the flowering process in alfalfa (Medicago sativa), to induce the production of anthocyanin and proanthocyanidins (condensed tannins) to avoid pasture bloat in cows or the production of low lignin forage legumes. We also study the processes related to the production of parthenocarpic fruits in tomato (Solanum lycopersicum), induced by engineered male-sterility, identifying genes and signalling pathways related with such process. Recently, we have developed protocols for the in vitro micropropagation and regeneration of Edelweiss plants, an alpine species endangered by climate change and with interesting pharmacological properties.

Cursos Courses

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Proyectos Projects

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‘Aislamiento y caracterización de genes que controlan caracteres de interés agronómico en la alfalfa (Medicago sativa L.). Desarrollo de herramientas biotecnológicas’ BIO2012-39849-CO2-01 Duración: 01/01/2013 – 31/12/2015 IP: L. Cañas ‘Caracterización de nuevos genes que controlan la fructificación en tomate: desarrollo de aplicaciones biotecnológicas enfocadas a la mejora’ BIO2013-40747-R Duración: 01/01/2014 – 31/12/2016 IP: J.P. Beltrán ‘Análisis de la morfología y fenología en etapas tempranas del desarrollo del fruto en chile (Capsicum annunn) como respuesta a la aplicación de giberelinas’ 2014CD0018 i-COOPAGROFOOD Duración: Agosto 2014 – Diciembre 2015 IP: J.P. Beltrán

Tesis Doctorales Doctoral Theses

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Sandra Fresquet Corrales ‘Diseño y validación de herramientas biotecnológicas para la mejora del valor nutricional de la alfalfa (Medicago sativa L.).’ Directores: L. Cañas, J.P. Beltrán y E. Roque

Fig. 3. Fenotipos de los mutantes mtpi-2 y mtngl9. (A) Flor silvestre de Medicago truncatula. Pétalos presentes en el segundo verticilo (W2), y estambres y carpelo presentes en los verticilos tercero y cuarto (W3+W4), respectivamente. (B) Flor mtpi-2 mostrando la conversión completa de pétalos en sépalos y de estambres en carpelos. (C) Las flores mtngl9 no muestran alteraciones homeóticas florales. Fig. 3. Phenotypes of mtpi-2 and mtngl9 mutants. (A) Wild-type Medicago truncatula flower. Petals present in the second whorl (W2), and stamens and carpel in W3+W4, respectively. (B) mtpi-2 flower showing full conversion of petals into sepals and of stamens into carpels. (C) mtngl9 flowers do not show homeotic floral alterations.

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Fig 1. Los genes NGA dirigen la acumulación de auxinas en la parte apical del gineceo regulando varios enzimas de biosíntesis de esta hormona. Martínez-Fernández et al, (2014), Frontiers in Plant Science 5:210. Fig. 1. The NGA genes direct auxin accumulation in the apical domain of the gynoecium regulating auxin synthesis. Martínez-Fernández et al, (2014), Frontiers in Plant Science 5:210.

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Cristina Ferrandiz (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Victor Zúñiga Mayo Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researhcers Patricia Ballester Fuentes África Gomaríz Fernández José Moya Cuevas Técnicos Superiores Especializados / Senior level laboratory Technician Mª Angeles Martínez Godoy Miguel Simón Moya Estudiante Trabajo Fin de Máster y Proyecto fin de Grado / Master’s Thesis Students and Final year Undergraduate Project Verónica Sánchez Gerschon Ana Alarcia García

GENÉTICA MOLECULAR DEL DESARROLLO DE CARPELOS Y FRUTOS

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 una 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.

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

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PU

SUSSMILCH, F.C.; BERBEL, A.; HECHT, V.; VANDER SCHOOR, J.K.; FERRÁNDIZ, C.; MADUEÑO, F.; WELLER, J.L. (2015) Pea VEGETATIVE2 is an FD homolog that is essential for flowering and compound inflorescence development. Plant Cell, 27(4): 1046-1060

BALLESTER, P.; NAVARRETE-GÓMEZ, M.; CARBONERO, P.; OÑATE-

SÁNCHEZ, L.; FERRÁNDIZ, C. (2015) Leaf expansion in Arabidopsis is controlled by a TCP-NGA regulatory module likely conserved in distantly related species. Physiologia Plantarum, 155(1): 21-32

Cursos Courses

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Ferrandiz, C. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 20 Horas

GENÉTICA MOLECULAR DEL DESARROLLO DE CARPELOS Y FRUTOS

Fruits are a major evolutionary acquisition of

Angiosperms. Fruits likely evolved to protect the developing seeds and to ensure seed dispersal, and for that, they have adopted a huge morphological and functional diversity, greatly responsible for the evolutive success of flowering plants. In addition, fruits are of major economic importance, representing the edible part of many crops as well as being a source for production of seed, oil and other compounds. The yield and quality factors associated with fruits are thus of key importance to agricultural production and therefore, significant future improvements of fruit characteristics will depend on deep knowledge of the mechanisms that control fruit development.

Fruit patterning depends in great extent from carpel patterning, the process of specification, differentiation and spatial arrangement of different functional compartments in the carpels, the ovule-bearing floral organs organized into the female reproductive structure of the flower, or gynoecium. Our long-term goal is to understand how fruit patterning is established, and what is the molecular basis of the morphological and functional diversity found between species.

In this context, we are currently focused on three major research lines:

The study of the genetic basis of carpel development in the model plant Arabidopsis thaliana

The study of the molecular basis for morphological and functional diversity of Angiosperm fruits, working with species across flowering plants (poppies, solanaceae, legumes, etc)

The genetic networks controlling life span and fruit production in monocarpic plants such as Arabidopsis and other crops


Proyectos Projects

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‘Un código combinatorial de Complejos Transcripcionales que regulan la Morfología del gineceo y el fruto’ BIO2012-32902 Duración: 01/01/2013 – 31/12/2015 IP: Cristina Ferrandiz ‘The physiology and genetics of fruit formation: from genes to networks (FRUITLOOK)’ FP7-PEOPLE-2013-612640-IRSES Duración: 01/01/2014 – 31/12/2017 IP: Cristina Ferrandiz ‘Presentación de "Improving Reproduction Efficiency And Seed&Fruit Quality In Common Bean By Exploiting European And Non-European Genetic Resources"’ EUIN2015-62901 Duración: 01/01/2015 – 31/12/2015 IP: Cristina Ferrandiz

Fig 2. Tinción de azul de anilina para observar la progresión de los tubos polínicos en pistilos silvestres (Col-0) y en mutantes afectados en el tracto de transmisión. (Miguel Simón Moya, Trabajo Fin de Máster, 2015). Fig 2. Anilin Blue staining to reveal pollen tube elongation in wildtype pistils (Col0) or mutants affected in tranmitting tract development (Miguel SImón Moya, Master Thesis, 2015)

Fig 3. Los mutantes de guisante mfn (more flowering nodes) están afectados en la parada de la proliferación global y producen muchos más nodos reproductivos y vainas/semillas que los parentales correspondientes (Cameor). Fig 3. mfn (more flowering nodes) mutants in pea show late global proliferative arrest, producing many more reproductive nodes, and hence pods/seeds, than their parental lines (Cameor).

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Las hormonas regulan prácticamente todos los aspectos de la vida de una planta, incluyendo su desarrollo y

las respuestas al estrés biótico y abiótico. En esta línea de investigación nos centramos en entender cómo el entorno regula el metabolismo hormonal, y cómo el entorno y otras rutas endógenas de señalización interaccionan con la acción hormonal. La mayor parte de nuestro trabajo se dedica a desentrañar los mecanismos moleculares que gobiernan estos procesos, para lo que utilizamos Arabidopsis como objeto de estudio. Además extendemos nuestra atención a la modificación biotecnológica de aspectos importantes del crecimiento en cultivos relevantes desde el punto de vista agronómico, como el control del tamaño de las plantas ornamentales, la modificación de la producción de frutos de tomate, y la tolerancia a la sequía en cebada. Grupos de investigación:

Resistencia Inducida en Arabidopsis (Tornero, P)

Regulación Hormonal de la Fructificación y el Desarrollo del Fruto (López-Díaz, I)

Señalización del Ácido Abscísico (Rodríguez, PL)

Señalización Hormonal y Plasticidad Vegetal (Alabadí, D / Blázquez MA)

Señalización Hormonal del Desarrollo de Órganos Reproductivos" (Gómez, MD / Pérez-Amador, MA)

Mecanismos Moleculares de la Función de las Poliaminas en plantas (Carbonell, J / Ferrando, A)

Regulación Hormonal de la Interacción entre Defensa y Desarrollo (León, J)

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Hormones regulate almost every aspect of a plant's life, including development and the responses to biotic

and abiotic stress. In this research area, we are focused in understanding how hormone metabolism is regulated by the environment, and how the environment and other endogenous signaling pathways interact with hormone signaling. Most of our work is devoted to unraveling the still unknown molecular mechanisms that govern these processes, for which we use Arabidopsis as a study subject. We also extend our research to the biotechnological modification of important growth habits in agronomically relevant crops, such as the control of plant stature in ornamental plants, the modification of fruit production in tomato, and the tolerance to drought in barley. Research groups:

Induced Resistance in Arabidopsis (Tornero, P)

Hormonal Regulation of Fruit Set and Development (López-Díaz, I / Carrera, E)

ABA Signaling (Rodríguez, PL)

Hormone Signaling and Plant Plasticity (Alabadí, D / Blázquez, MA)

Hormonal Signaling of Reproductive Organ Development (Gómez, MD / Pérez-Amador, MA)

Molecular Mechanisms of Polyamine Function in Plants (Carbonell, J / Ferrando, A)

Hormonal Regulation of the Interaction between Defense and Development (León, J)

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REGULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN Y EL METABOLISMO DE HORMONAS

RESISTENCIA INDUCIDA EN ARABIDOPSIS

En la resistencia basal de Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) frente a patógenos biotrofos hay una señal fundamental: el ácido salicílico (SA). A partir de un rastreo genético en Arabidopsis, hemos identificado catorce grupos de complementación que no son capaces de responder al SA. NPR1 es uno de estos genes, y el estudio de la serie alélica de NPR1 nos ha llevado a estudiar las funciones en defensa de sus parálogos. Otro gen descrito es NRB4, el cual es el parálogo de una subunidad del complejo "Mediator" que regula la transcripción. Los alelos nulos de NRB4 están severamente afectados en el desarrollo, por lo que, o bien la percepción del SA es esencial para el desarrollo, o NRB4 tiene funciones adicionales.

Nuestro primer objetivo es estudiar el papel de la familia de NPRs. Además de NPR1, el resto de parálogos tienen una función pequeña, pero significativa, en la percepción del SA.

El segundo objetivo es caracterizar las funciones de NRB4 y describir las proteínas reguladas por o que interaccionan con NRB4. En base a su homología, NRB4 probablemente regula la transcripción sin unirse al DNA. A partir de genotipos con diferentes versiones de NRB4 y utilizando inmunoprecipitación de cromatina, datos transcriptómicos, y otras técnicas, definiremos los genes que están regulados directamente por NRB4.

El tercer objetivo es continuar en la caracterización y clonación del resto de mutaciones (doce grupos de complementación). Hemos secuenciado poblaciones de mapeo de todos los grupos de complementación, y también de alelos adicionales de dos de los mutantes. Además de clonar y estudiar los genes responsables de las mutaciones, caracterizaremos el comportamiento de los mutantes en defensa y en respuesta a SA. La selección de los mutantes se ha efectuado en base al menor crecimiento que produce la respuesta al SA en plantas silvestres, por lo que cabe la posibilidad que alguno de los mutantes crezca de forma normal en presencia de SA pero produzca defensas en respuesta al SA. Un genotipo que se comportase así tendría un alto valor biotecnológico

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Pablo Tornero (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC) Técnico Superior de Laboratorio / Senior level Laboratory Technician Laura Medina Puche Mª José Castelló Llopis

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REGULATION OF HORMONE METABOLISM AND SIGNALING

INDUCED RESISTANCE IN ARABIDOPSIS Salicylic acid (SA) is an essential signal in the resistance of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) against biotrophic pathogens. From a genetic screening in Arabidopsis, we have identified fourteen complementation groups that do not respond to SA. NPR1 is one of these genes, and the study of the NPR1 allelic series has leaded us to study the roles in defense of its paralogs. Other gene described is NRB4, which is the paralog of a subunit of the Mediator complex that regulates transcription. Null alleles of NRB4 are severely affected in development, so either SA perception is essential for development, or NRB4 has additional roles. The first objective of this proposal is to study the role of the NPR family. Besides NPR1, the rest of paralogs have a small, but significant role in SA perception. The second objective is to characterize NRB4 function and to describe the proteins regulated by or that interact with NRB4. Based in its homology, NRB4 probably regulates transcription without binding to DNA. With different genotypes, and using chromatin immunoprecipitation, transcriptomics, and other techniques, we will define the genes directly regulated by NRB4. The third objective is to continue the characterization and cloning of the rest of mutations (twelve complementation groups). We have sequenced mapping populations of these complementation groups, as well as additional alleles from two groups. Besides cloning and studying the genes responsible of the mutations, we will characterize the behavior of the mutants in defense and in response to SA. The selection of mutants was done by the reduction of growth that the SA response causes, so some of the mutants could still respond to SA in terms of defense. If that plant were to exist, it would have a high biotechnological value.

Proyectos Projects

PU

‘Respuesta al Acido Salicilico en Arabidopsis Thaliana’ BIO2013-45444-P Duración: 01/01/2014 al 31/12/2016 IP: P. Tornero ‘Aplicación de la inmunidad inducida por Pamp en cultivos’ PCIN-2013-005-C02-01 Duración: 01/04/2014 al 30/03/2017 IP: P. Tornero

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Isabel López-Díaz (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Esther Carrera Bergua

Ayudantes de Investigación / Research Assistants Teresa Sabater Gimeno Estudiante Trabajo Fin de Máster y Proyecto fin de Grado / Undergraduate Students Pablo García Acero Mónica Montoya Novillo Asier Briones Moreno Felipe Jiménez Hernández

Estudiantes de Prácticas de empresa / Student Traineeships Aitor Rius Yaiza Padilla Herrero

Visitantes / Visitors Laura Castañeda Cruz Eder Marques da Silva

METABOLISMO HORMONAL Y REGULACION DEL DESARROLLO DE LAS PLANTAS

El objetivo general de nuestra investigación es comprender el papel de las hormonas vegetales en la regulación del desarrollo de las plantas. En particular, estudiamos la regulacion del metabolismo de giberelinas (GAs) y su interacción con otras hormonas en el control del desarrollo de las plantas. En nuestra investigación utilizamos principalmente el tomate (Lycopersicon esculentum Mill, cultivar Micro- Tom) como sistema experimental, debido a su pequeño tamaño, rapidez de crecimiento, facilidad de transformación y disponibilidad de una colección de líneas casi-isogénicas con mutaciones hormonales (gracias a la colaboración con el Dr. L. Peres, Universidad de Sao Paulo, Brasil). Puntualmente y en colaboración con otros grupos de investigación, utilizamos otros sistemas experimentales, como Arabidopsis u otras solanáceas, para estudiar el papel de las hormonas en algunos procesos concretos.

Durante el año 2015, la actividad del grupo se ha centrado en el papel de las giberelinas (GAs) en la regulación de la ramificación y en la formación de óvulos en tomate, confirmándo el papel de esta hormona como regulador negativo de estos dos procesos.

En colaboración con otros grupos de investigación hemos estudiado también el transporte de los metabolitos intermediarios de la ruta de giberelinas a lo largo de la planta.

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Fig. 1. Photogrphas of GUS-stained and paraffin-included ovaries from lines DR5-Micro-Tom and DR5-GA20ox-OE, L4

Fig. 2. Delay in branching in lines with more Gas or induced GA response

REGULATION OF HORMONE METABOLISM AND PLANT DEVELOPMENT

The overall objective of our research is to understand the role of plant hormones in the regulation of plant development. We are studying the regulation of gibberellins (GAs) and its interaction with other plant hormones to control the development of tomato (Lycopersicon esculentum), using cultivar Micro-Tom, as an experimental system. Occasionally, and in collaboration with other research groups, we use other experimental systems such as Arabidopsis or other Solanaceae, to study the role of hormones in specific processes.

During 2015, the group's activity has focused on the role of gibberellins (GAs) in the regulation of branching or in the ovules formation, confirming its role as a negative regulator of these two processes. In collaboration with other research groups we have also studied the transport of the gibberellin metabolites along the plant.


PU

MARTÍNEZ-BELLO, L.; MORITZ, T.; LÓPEZ-DÍAZ, I. (2015) Silencing C19-GA 2-oxidases induces parthenocarpic development and inhibits lateral branching in tomato plants. Journal of Experimental Botany, 66(19): 5897-5910

REGNAULT, T.; DAVIÈRE, J.; WILD, M.; SAKVARELIDZE-ACHARD, L.;

HEINTZ, D.; CARRERA-BERGUA, E.; LOPEZ-DIAZ, I.; GONG, F.; HEDDEN, P; ACHARD, P . (2015) The gibberellin precursor GA12 acts as a long-distance growth signal in Arabidopsis. Nature Plants, 1: 15073

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Pedro Luis Rodriguez Egea (Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Borja Belda Palazón Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Lesia Rodriguez Solovey Marta Peirats Llobet Técnicos Especialistas Laboratorio / Laboratory Technicians Mª Angeles Fernández López Visitantes / Visitors Vicent Arbona

SEÑALIZACIÓN DE ESTRÉS HÍDRICO MEDIADA POR LA HORMONA ABA

La hormona ácido abscísico (ABA) desempeña un papel crucial en la respuesta de la planta ante situaciones de sequía, así como en la regulación del crecimiento y desarrollo vegetal. Su ruta de señalización esta conservada en todas las plantas terrestres y representa el mecanismo adaptativo clave para sobrevivir al estrés hídrico, por lo que los avances en este campo podrían tener una gran aplicación en la biotecnología agrícola. Desde su descubrimiento hace casi 50 años, numerosos trabajos han sido realizados para elucidar el mecanismo de acción de la hormona. Nuestro grupo ha participado en descubrimientos clave para entender cómo se percibe el ABA por parte de la célula vegetal, por ejemplo, el descubrimiento de los receptores PYR/PYL en Arabidopsis. Estos receptores representan un mecanismo esencial para orquestar la respuesta a sequía en plantas de cosecha y nuestro grupo tiene un gran interés en su utilización biotecnológica mediante identificación de agonistas o bien ingeniería genética.

Con el fin de combatir la inseguridad alimentaria derivada de las pérdidas por estrés abiótico, particularmente sequía, tenemos intención de explotar los mecanismos moleculares de la respuesta al estrés mediados por la hormona ABA. Para ello aprovecharemos los recientes avances del grupo en este terreno, como la elucidación de la estructura tridimensional de los receptores de la hormona. Estos receptores inhiben de modo dependiente de ABA la función de proteínas fosfatasa tipo 2C (PP2Cs), las cuales son reguladores negativos clave de la ruta de ABA. Su inhibición permite la activación de las quinasas tipo SnRK2, las cuales regulan la apertura de estomas (y por tanto la pérdida de agua) y la respuesta transcripcional necesaria para la adaptación al estrés hídrico. Para trasladar el conocimiento desarrollado en Arabidopsis utilizaremos receptores PYR/PYL de plantas de cosecha: Solanum lycopersicum (tomate), Hordeum vulgare (cebada) and Citrus sinensis (naranjo). Hemos desarrollado receptores que muestran una mayor eficacia en la inhibición de las PP2Cs a bajas concentraciones de ABA y resultados preliminares en cebada indican que confieren una mayor tolerancia a sequía. Estos abordajes se complementarán con estudios para identificar nuevas proteínas reguladoras de los receptores de ABA.

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ABA SIGNALING

ABA plays a crucial role for plant response to abiotic stress and regulation of plant growth and development. For instance, drought increases ABA levels and plant response to ABA is a key adaptive mechanism to resist drought stress. Thus, elucidating the ABA signaling pathway holds enormous promise for biotechnological application in agriculture. Key details of the pathway have been elucidated recently, such as the discovery of the 14-member PYR/PYL/RCAR family of ABA-receptors. These ABA-receptors inhibit in an ABA-dependent manner the clade A phosphatases type-2C (PP2Cs), which are key negative regulators of the ABA pathway. 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 and crystallographic models are available for ABA receptors, receptor-ABA-phosphatase or phosphatase-kinase complexes. We intend to exploit knowledge on the molecular mechanisms of plant stress response through ABA receptors to develop innovative tools to combat yield insecurities of crops due to abiotic stress, e.g. drought. Our aims build on both the recent mechanistic insights into ABA action and major discoveries of the group in this field. We will take advantage of the detailed structural and functional knowledge on ABA signaling to synthesize and identify small molecules that act as ABA agonists or antagonists for the PYR/PYL ABA-receptors and modulate the ABA-pathway. Structural studies using either Arabidopsis or crop receptors will be performed. In order to bridge the gap between basic research and crop improvement, we will focus on major crops recently sequenced, Solanum lycopersicum (tomato), Hordeum vulgare (barley) and Citrus sinensis orange). We will characterize the function of the tomato PYR/PYL receptors, in order to specifically target the relevant ones for fruit and vegetative responses to ABA. Genetic engineering of tomato and Arabidopsis PYR/PYL receptors, either wt or mutagenized versions leading to enhanced sensitivity to ABA, will be performed to improve plant drought resistance. These studies will be complemented by efforts to identify new regulatory proteins of PYR/PYL receptors of Arabidopsis, which could be relevant for plant biotechnology and patent protection


PU

RODRIGUEZ, P.L.; LOZANO-JUSTE, J. (2015) Unnatural agrochemical ligands for engineered abscisic acid receptors. Trends in Plant Science, 20(6): 330-332

RODRIGUEZ, P.L. (2015) Cultivos Biotecnológicos más resistentes a la

sequía. Investigación y Ciencia, Agosto: 8-9 PEIRATS-LLOBET, M.; HAN,S.K.; GONZALEZ-GUZMAN,M.; JEONG,C.W.;

RODRIGUEZ,L.; BELDA-PALAZON, B.; WAGNER,D.; RODRIGUEZ,P.L. (2015) A direct link between abscisic acid sensing and the chromatin remodeling ATPase BRAHMA via core ABA signaling pathway components. Molecular Plant, 9: 136-147

PLANES, M.D.; NIÑOLES, R.; RUBIO, L.; BISSOLI, G.; BUESO, E.; GARCÍA-

SÁNCHEZ, M.J.; ALEJANDRO, S.; GONZALEZ-GUZMÁN, M.; HEDRICH, R.; RODRIGUEZ, P.L.; FERNÁNDEZ, J.A.; SERRANO, R. (2015) A mechanism of growth inhibition by abscisic acid in germinating seeds of Arabidopsis thaliana based on inhibition of plasma membrane H+-ATPase and decreased cytosolic pH, K+, and anions. Journal of Experimental Botany, 66(3): 813-825

CASTILLO, M.-C.; LOZANO-JUSTE, J.; GONZÁLEZ-GUZMÁN, M.;

RODRIGUEZ, L.; RODRIGUEZ, P.L.; LEÓN, J. (2015) Inactivation of PYR/PYL/RCAR ABA receptors by tyrosine nitration may enable rapid inhibition of ABA signaling by nitric oxide in plants. Science signaling, 8(392)

AMIGUET-VERCHER, A.; SANTUARI, L.; GONZALEZ-GUZMAN, M.;

DEPUYDT, S.; RODRIGUEZ, P.L.; HARDTKE, C.S. (2015) The IBO germination quantitative trait locus encodes a phosphatase 2C-related variant with a nonsynonymous amino acid change that interferes with abscisic acid signaling. New Phytologist, 205(3): 1076-1082

Cursos Courses

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P.L. Rodriguez ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ UPV-CSIC 8 Horas

Proyectos Projects

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‘Regulación de la señalización del ABA mediante mecanismos que afectan localización subcelular, vida media y actividad de receptores para reforzar tolerancia vegetal a sequía’ MICINN BIO2014-52537-R Duración: 01/01/2015 al 31/12/2017 I.P.: P.L. Rodriguez


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DIAZ, M.; SANCHEZ-BARRENA, M.J.; GONZALEZ-RUBIO, J.M.; RODRIGUEZ, L.; FERNANDEZ, D.; ANTONI, R.; YUNTA, C.; BELDA-PALAZON, B.; GONZALEZ-GUZMAN, M.; PEIRATS-LLOBET,M.; MENENDEZ, M.; BOSKOVIC, J.; MARQUEZ, J.A.; RODRIGUEZ, P.L.; ALBERT, A. (2015) Calcium-dependent oligomerization of CAR proteins at cell membrane modulates ABA signaling. Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America, 113(3): 396-405


PU

Lesia Rodriguez Solovey ‘Identification of Targets and Auxiliary Proteins of PYR/PYL/RCAR ABA receptors: Protein Phosphatase Type 2C (PP2Cs) and C2-Domain ABA-related Proteins (CARs)’ Directores: P.L. Rodriguez / M. González Guzmán

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Miguel Ángel Blázquez (Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC) David Alabadí (Científico Titular CSIC-Research Scientist-CSIC) Pedro Carrasco Sorlí (Estancia Sabática / Sabbatical; Profesor Titular UV / Research Professor UV) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Eugenio Gómez Minguet David Esteve Bruna Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Amelia Felipo Benavent Federico Grau Engüix Cristina Marí Carmona Noel Blanco Touriñán Asier Briones Moreno Jorge Hernández García Marco Gudiño Estudiantes de Máster y Final de Carrera / Master and Final year undergraduate students Norma Aliaga Rodrigo Marí Jorge Martínez-Fortún Alberto Palacios Juan Hernández Narváez Lluís Carles Martínez Centelles Jana Crespo-Trives Alberto Fuster

Visitantes / Visitors Petra Hlouskova (Univ. De Olomouc, República Checa) Julián Calleja (Univ. Salamanca)

SEÑALIZACIÓN HORMONAL Y PLASTICIDAD VEGETAL

Nuestro laboratorio se centra en el estudio de los mecanismos que confieren plasticidad al desarrollo vegetal. El tipo de preguntas que nos planteamos es: ¿Cómo interpreta la planta las señales ambientales (luz, temperatura, etc) y las endógenas (edad, estado nutricional, etc) para ejecutar el programa de desarrollo más conveniente en cada momento? ¿Cómo distinguen las plantas entre 'ruido' y 'señal' en este contexto? ¿Cuál es el valor adaptativo de las rutas de señalización hormonal que conocemos? Estos circuitos reguladores que determinan el crecimiento, ¿cómo han evolucionado hasta su forma actual? Nuestra hipótesis es que la plasticidad es una propiedad inherente a la propia arquitectura de las redes de señalización: lo que confiere robustez y flexibilidad al desarrollo vegetal es precisamente la elevada conectividad entre las rutas de señalización hormonales y ambientales. Casi todo nuestro trabajo actual está orientado al estudio de las auxinas, las giberelinas y los brasinosteroides en Arabidopsis, usando una combinación de abordajes de bioquímica, genética molecular, y genómica. Un resultado reciente de nuestra investigación es el mecanismo por el que las proteínas DELLA actúan como 'conectores' moleculares en las redes de señalización que controlan las respuestas de las plantas al entorno. Hemos encontrado que los niveles de las proteínas DELLA son el resultado de las condiciones ambientales, además de la oscilación diaria impuesta por el reloj circadiano. Y las DELLA, por su parte, transmiten esta información ambiental a las células mediante su interacción física con un número muy elevado de factores de transcripción y chaperonas como la prefoldina, coordinando de esta manera la ejecución de múltiples respuestas celulares. Más información: http://www.ibmcp.upv.es/BlazquezAlabadiLab/

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Interactoma nuclear de la prefoldina (nodos rojos) en Arabidopsis basado en predicciones. La mayoría de los interactores tienen una función en la remodelación de cromatina (naranja) o en la transcripción (azul) Predicted nuclear interactome of prefoldin (red nodes) in Arabidopsis. Most of the interactors have roles in the control of chromatin remodelling (orange) or transcription (blue)

HORMONE SIGNALING AND PLANT PLASTICITY

Our laboratory is focused in the mechanism that underlies the high degree of plasticity of plant development. The kind of questions that drive our research are: How does the plant integrate all the environmental cues (light, temperature, etc) and endogenous signals (age, nutritional state, etc) to trigger the most appropriate developmental program in a given stage? How do plants distinguish between signals and noise? What is the adaptive value of the hormone signaling pathways that we know? These regulatory circuits that direct growth, how have they evolved? Our hypothesis is that plasticity is inherent to the very architecture of the signaling networks: the extended connectivity between hormone and environmental signaling pathways provides robustness and flexibility to plant development. Almost all our current work is devoted to the study of gibberellins, auxins and brassinosteroids in Arabidopsis, and we use a combination of molecular genetic, biochemical, and genomic approaches. A recent milestone in our research line has been the elucidation of the mechanism by which DELLA proteins act as molecular 'hubs' in the signaling networks that control plant responses to the environment. We have found that DELLA levels are the result of environmental conditions (light, temperature) in addition to the daily oscilation imposed by the circadian clock. And DELLAs, in turn, relay environmental information to the cell by interacting physically with a large number of transcription factors and chaperones like prefoldin, thereby coordinating multiple cell responses. More information: http://www.ibmcp.upv.es/BlazquezAlabadiLab/


PU

RESENTINI, F; FELIPO-BENAVENT, A; COLOMBO, L; BLAZQUEZ, MA; ALABADI, D; MASIERO, S (2015) TCP14 and TCP15 mediate the promotion of seed germination by gibberellins in Arabidopsis thaliana. Molecular Plant, 8(3): 482-485

CROCCO, C.D.; LOCASCIO, A.; ESCUDERO, C.M.; ALABADÍ, D.; BLÁZQUEZ, M.A.; BOTTO, J.F. (2015) The transcriptional regulator BBX24 impairs della activity to promote shade avoidance in Arabidopsis thaliana. Nature Communications, 6

ABBAS, M.; BERCKHAN, S.; ROONEY, D.J.; GIBBS, D.J.; VICENTE CONDE,

J.; SOUSA CORREIA, C.; BASSEL, G.W.; MARÍN-DE LA ROSA, N.; LEÓN, J.; ALABADÍ, D.; BLÁZQUEZ, M.A.; HOLDSWORTH, M.J. (2015) Oxygen sensing coordinates photomorphogenesis to facilitate seedling survival. Current Biology, 25(11): 1483-1488

MARÍN-DE LA ROSA, N.; PFEIFFER, A.; HILL, K.; LOCASCIO, A.;

BHALERAO, R.P.; MISKOLCZI, P.; GRØNLUND, A.L.; WANCHOO-KOHLI, A.; THOMAS, S.G.; BENNETT, M.J.; LOHMANN, J.U.; BLÁZQUEZ, M.A.; ALABADÍ, D. (2015) Genome Wide Binding Site Analysis Reveals Transcriptional Coactivation of Cytokinin-Responsive Genes by DELLA Proteins. PLoS Genetics, 11(7): e1005337.

VERA-SIRERA, F.; DE RYBEL, B.; ÚRBEZ, C.; KOUKLAS, E.; PESQUERA, M.; ÁLVAREZ-MAHECHA, J.C.; MINGUET, E.G.; TUOMINEN, H.; CARBONELL, J.; BORST, J.W.; WEIJERS, D.; BLÁZQUEZ, M.A. (2015) A bHLH-Based Feedback Loop Restricts Vascular Cell Proliferation in Plants. Developmental Cell, 35(4): 432-443

Proyectos Projects

PU

‘Papel de la prefoldina en el núcleo dependiente de DELLAs en Arabidopsis [PRENUC]’ BIO2013-43184-P Duración: 01/01/2014 al 31/12/2016 IP: MA Blázquez / D. Alabadí ‘Búsqueda y evaluación molecular de nuevos compuestos en Agricultura sostenible’ RTC-2014-2876-2 Duración: 03/02/2014 al 31/12/2017 IP: MA Blázquez ‘Evaluation of plant signaling networks in natural environments’ H2020-MSCA-RISE-2014-644435 Duración: 01/01/2015 al 31/12/2018 IP: MA Blázquez

Cursos Courses

PU

D. Alabadí ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 17 Horas MA Blazquez ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 14 Horas

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Miguel Angel Pérez-Amador (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC) Maria Dolores Gómez (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC)

Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Francisco Vera Sirera Técnicos Especialistas Laboratorio / Laboratory Technicians Clara Fuster Almunia Estudiante Máster / Master Student Ernesto Escoms

SEÑALIZACIÓN HORMONAL DEL DESARROLLO DE ORGANOS REPRODUCTIVOS

Introducción La actividad investigadora del grupo se centra en conocer los procesos que dirigen el correcto desarrollo del fruto, principalmente en sus fases tempranas, y su control por diferentes hormonas, fundamentalmente giberelinas (GAs), auxinas y etileno. Conocer las bases moleculares implicadas en estos procesos es el primer paso para poder diseñar aplicaciones biotecnológicas. Actualmente se utiliza como sistema experimental Arabidopsis thaliana. Líneas de investigación El proyecto actualmente en ejecución tiene como objetivo estudiar el mecanismo molecular por el cual las GAs coordinan el crecimiento y diferenciación que sufren los diferentes tejidos que constituyen el pistilo durante su transformación a fruto. En particular estamos interesados en averiguar qué elementos de la señalización por GAs participan en la valva y cuales en los óvulos para controlar el crecimiento del pistilo. Para responder esta pregunta utilizamos una combinación de aproximaciones genético-moleculares y genómicas en Arabidopsis para diseccionar la acción de las GAs en los diferentes tejidos que constituyen un fruto en desarrollo. Las principales líneas de trabajo del proyecto son: - El estudio del mapa de expresión de los diferentes elementos de la señalización por GAs (GID1s, y DELLAs) en el pistilo, para identificar los elementos concretos que son relevantes para la fructificación. - El análisis genético y morfológico de los alelos mutantes de los genes DELLA y GID1s, para determinar la función de estos genes en el proceso de fructificación. - La manipulación de la expresión espacial y temporal de los genes DELLA en el pistilo, para determinar en qué tejidos específicos es necesaria la señalización por GAs para que se produzca el crecimiento coordinado del fruto y de las semillas. -Determinar cuáles son los genes diana regulados (directa o indirectamente) por las proteínas DELLA en óvulos y pistilos, para establecer en qué procesos particulares de desarrollo están implicadas las GAs. - Establecer herramientas biotecnológicas que se apoyen en el conocimiento generado en las líneas descritas anteriormente.

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HORMONAL SIGNALING OF REPRODUCTIVE ORGAN DEVELOPMENT Introduction The research activity of our group is focused on understanding the processes that drive the proper fruit development, especially during the early stages, and the control by plant hormones, especially gibberellins (GAs), auxin and ethylene. Understanding the molecular basis involved in these processes is the first step to design biotechnological applications. We currently use Arabidopsis thaliana as experimental system. Research projects The project currently underway aims to study the molecular mechanisms by which GAs coordinate growth and differentiation in the different tissues that form the pistil. In particular, we are interested in finding out the elements of GAs signaling are involved in the valve and in the ovule to control the pistil growth. To answer this question, we use a combination of molecular genetics and genomics in Arabidopsis to dissect the GA action in different tissues that constitute a developing fruit. The main projects are: - The study of the expression map of the different elements of GA signaling (GID1s and DELLAs) in the pistil to identify the elements that are relevant for fruit set. - Genetic and morphological analysis of the mutant alleles of genes GID1s and DELLA to determine the role of these genes in fruit set. - Manipulation of the spatial and temporal expression of the DELLA genes in the pistil to determine in which specific tissues the GAs signaling is required for the coordinated growth and development of fruits and seeds. - Identifying GA target genes regulated by DELLA proteins in ovules and pistils to establish the development controlled by GAs. - Establish biotechnological tools that build on the knowledge generated in the lines described above.


PU

ESTORNELL, L.H.; WILDHAGEN, M.; PÉREZ-AMADOR, M.A.; TALÓN, M.; TADEO, F.R.; BUTENKO, M.A. (2015) The IDA peptide controls abscission in Arabidopsis and citrus. Frontiers in Plant Science, 6: 1003

Cursos Courses

PU M.D. Gómez ‘Máster em Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 18 Horas Proyectos Projects

PU

‘Las giberelinas en el control de la morfogénesis de los óvulos’ MICINN BIO2014-55946-P Del 01/01/2015 – 31/12/2017 IP: M.A. Pérez-Amador

Capítulos de Libro Book Chapters

PU

VERA-SIRERA, F.; GÓMEZ, MD; PEREZ-AMADOR, MA (2015) DELLA proteins, a group of GRAS transcription regulators, mediate gibberellin signaling. En / In “Plant Transcription Factors: Evolutionary, Structural and Functional Aspects”, Editado por Daniel H Gonzalez. Editorial Elsevier, pp 313-328. ISBN: 978-0-12-800854-6

Los niveles de giberelinas (GA) aumentan en el mutante ats-1. Expresión del gen de biosíntesis GA3ox1 en inflorescencia (A) y pistilo (B) de Ler y ats-1. Estabilidad de la proteína GFP-RGA en ats-1 (C). Levels of Gibberellins (GA) are increased in the ats-1 mutant. Expression of GA biosynthesis gene GA3ox1 in inflorescences (A) and pistils (B) of Ler and ats-1. GFP-RGA protein stability in ats-1 (C).

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Juan Carbonell Gisbert (Profesor Investigación CSIC / Research Professor-CSIC) Alejandro Ferrando Monleon (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC)

Titulados Superiores Especializados / Specialized Graduates Cristina Urbez Lagunas

Ayudante Diplomado / Graduate Assistant Mª Angeles Argomániz Lizondo

MECANISMOS MOLECULARES DE ACCIÓN DE LAS POLIAMINAS

El interés de nuestro grupo de investigación se centra

en el estudio de los mecanismos moleculares de acción de las poliaminas. Actualmente tratamos de elucidar la función de las poliaminas termoespermina y espermidina como reguladores de la traducción, con las siguientes líneas de investigación: Acción de la termoespermina en el proceso de

diferenciación del xilema. Esta línea surge de estudios previos que han permitido conocer las funciones de la actividad termoespermina sintasa de ACL5 en relación con la maduración del xilema. La función de la termoespermina consiste en aliviar la inhibición traduccional ocasionada por una pequeña pauta abierta de lectura presente en la región 5’ líder de los factores de transcripción SACL, aunque se desconoce el mecanismo molecular subyacente. Nuestros trabajos recientes se han centrado en elucidar qué ocurre aguas abajo de los genes SACL. En concreto, en colaboración con otros grupos, hemos conseguido demostrar que una función de los factores de transcripción SACL consiste en formar heterodímeros con el factor LHW. De esta forma, el complejo SACL/LHW compite con la formación del complejo TMO5/LHW modulando su actividad, ya que un exceso de actividad del complejo TMO5/LHW produce un crecimiento descontrolado de tejido vascular indiferenciado como ocurre en el mutante acl5.

El eje espermidina-eIF5A y la traducción de poli-

prolinas. El objetivo de esta línea es profundizar en las funciones del factor de traducción eIF5A cuya activación post-traduccional exclusiva denominada ‘hipusinación’ depende de la espermidina. Se ha demostrado que su actividad esencial en el ribosoma consiste en aliviar el estancamiento que ocasiona la incorporación de prolinas sucesivas durante la traducción. Para entender las funciones biológicas del eje espermidina/eIF5A hemos realizado un abordaje genético de desactivación condicional en Arabidopsis. La desactivación de la enzima de hipusinación DHS (desoxihipusina sintasa) nos ha permitido elucidar una serie de funciones no descritas hasta el momento para esta ruta, implicadas tanto en procesos de desarrollo como en adaptación a condiciones adversas de crecimiento. En la actualidad estamos interesados en elucidar a nivel global el translatoma dependiente de eIF5A mediante la puesta a punto de la técnica de análisis conocida como ‘perfil de huella ribosomal’ que nos permitirá identificar las dianas de eIF5A en Arabidopsis.

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Conditional inactivation of the hypusination enzyme DHS leads to alterations in the actin-cytoskeleton. Visualization of the actin-cytoskeleton by confocal microscopy was done in the tip of secondary roots in 18 days old transgenic lines siDHS-M GFP-mTalin grown in vitro with or without dexamethasone. Scale bars 50 µm. Conditional inactivation of the hypusination enzyme DHS leads to alterations in the morphology and position of root-hairs. Dexamethasone-dependent DHS silencing (siDHS) generates abnormal accumulation of root-hairs close to the root meristem and morphological alterations such as branched root-hairs and tip swelling. Scale bars 1 mm.

MOLECULAR MECHANISMS OF POLYAMINE FUNCTION

Our broad research interest aims at the characterization of the molecular mechanisms of polyamine function. We focus in the function of thermospermine and spermidine as translational regulators with the following research lines:

Function of thermospermine during xylem

formation. This research line stems from previous work of the group showing the involvement of ACL5 encoded thermospermine synthase during xylem differentiation. The lack of thermospermine in the acl5 mutant leads to premature cell death during xylem development and dwarf phenotype. The main function of thermospermine is to alleviate the uORF-dependent translational repression of SACL transcription factors, although the molecular mechanism remains to be elucidated. Our recent work has focused on the characterization of the downstream events of SACL genes. In collaboration with other groups we have shown that one key function of SACL transcription factors is to heterodimerize with LHW transcription factor thus antagonizing the function of the heterodimer TMO5/LHW. By this means, the complex SACL/LHW prevents an excess of TMO5/LHW that leads to over-proliferation of undifferentiated vascular tissue as it happens in the acl5 mutant.

The spermidine-eIF5A axis and the translation

of poly-prolines. This research line aims at the characterization of an exclusive spermidine-dependent post-translational activation of the translation factor eIF5A named hypusination. It has been shown that one essential function for eIF5A is to alleviate ribosome stalling upon translation of consecutive prolines. To understand the biological functions of the axis spermidine/eIF5A, we have generated transgenic Arabidopsis for conditional inactivation of the hypusination enzyme DHS (deoxyhypusine synthase). The characterization of these transgenic plants has allowed the elucidation of unknown functions for this pathway related to plant growth and development. Our current interest is to characterize the eIF5A-dependent translatome and to achieve this goal we are establishing the ‘ribosome footprinting profiling’ technology for future studies.


PU

HERNÁNDEZ-SÁNCHEZ, IE; MARURI-LÓPEZ, I; FERRANDO, A.; CARBONELL, J.; GRAETHER, SP; JIMÉNEZ-BREMONT, JF (2015) Nuclear localization of the dehydrin OpsDHN1 is determined by histidine-rich domain. Frontiers in Plant Science, 6(702): 8

MARURI-LÓPEZ, I.; HERNÁNDEZ-SÁNCHEZ, I.E.; FERRANDO, A.;

CARBONELL, J.; JIMÉNEZ-BREMONT, J.F. (2015) Characterization of maize spermine synthase 1 (ZmSPMS1): Evidence for dimerization and intracellular location. Plant Physiology and Biochemistry, 97: 264-271

VERA-SIRERA, F.; DE RYBEL, B.; ÚRBEZ, C.; KOUKLAS, E.; PESQUERA,

M.; ÁLVAREZ-MAHECHA, J.C.; MINGUET, E.G.; TUOMINEN, H.; CARBONELL, J.; BORST, J.W.; WEIJERS, D.; BLÁZQUEZ, M.A. (2015) A bHLH-Based Feedback Loop Restricts Vascular Cell Proliferation in Plants. Developmental Cell, 35(4): 432-443

Proyectos Projects

PU ‘Control de la diferenciación del xilema por los factores de transcripción ajax’ MICINN BIO2011-23828 Del 01/01/2012 al 31/12/2015 IP: J. CARBONELL

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Jose León Ramos (Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC) Investigadores Post-Doctorales / Post-Doctoral Researchers Mª Cruz Castillo López de Toro

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Álvaro Costa Broseta Estudiantes Trabajo Fin de Carrera / Final Year Undergraduate Project Student Guillem Ferreres Cabanes

REGULACIÓN HORMONAL DE LA INTERACCIÓN ENTRE DEFENSA Y DESARROLLO

Nuestro grupo hace uso de aproximaciones experimentales que incluyen técnicas bioquímicas, genéticas, de biología molecular y celular, genómicas y proteómicas en el sistema modelo Arabidopsis thaliana. Estamos interesados en analizar los mecanismos que regulan la interacción entre programas de desarrollo y respuestas a estrés en plantas. En los últimos años hemos puesto el foco sobre la acción reguladora coordinada del óxido nítrico (NO) y numerosas fitohormonas que incluyen giberelinas y los ácidos abscísico, salicílico y jásmónico. Estamos abordando la interacción funcional entre el óxido nítrico y las fitohormonas analizando los efectos sobre la producción, percepción y señalización de las mismas, así como estudiando la propia producción y percepción del NO y su modo de acción. En este sentido, estamos especialmente interesados en el estudio del papel del NO como modificador de proteínas induciendo, directamente o a través de intermediarios como el peroxinitrito, modificaciones postraduccionales tales como la S-nitrosilación de residuos de cisteína o la nitración de residuos de tirosina. También estamos analizando la relación de las modificaciones postraduccionales dependientes de NO con otras como la poliubiquitinación de residuos de lisina que controlan su posterior degradación proteolítica.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Biosíntesis y modo de acción del óxido nítrico. Interacción con ABA and giberelinas.

Interacción funcional entre el óxido nítrico y los factores de transcripción AP2/ERF del grupo VII a través de la degradación proteolítica dirigida por su secuencia N-terminal.

Proteómica de modificaciones postraduccionales basadas en la nitración de tirosinas y la nitrosilación de cisteínas, así como la ubiquitinación de lisinas.

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HORMONAL REGULATION OF THE INTERACTION BETWEEN DEFENSE AND DEVELOPMENT

Our group use biochemical, genetic, molecular and celular, genomic and proteomic approaches in plant the model system Arabidopsis thaliana to analyze the functional interaction between development and responses to stress. We have focused lately in the coordinated regulatory action exerted by nitric oxide (NO) in conjunction with several phytohormones including gibberellins and abscisic, salicylic and jasmonic acids. Our approaches to address the regulatory functions exerted by NO include the analyses of hormones production, perception and signaling, as well as the self-regulation of NO production and its mode of action. Regarding this, we are very keen on the study of NO as a modifier of proteins by inducing, directly or through intermediates such as peroxynitrite, posttranslational modifications that include S-nitrosylation of cysteine residues or nitration of tyrosine residues. We are also analyzing the relation of NO-induced posttranslational modifications with others like lysine polyubiquitination controlling the fate of the target protein through subsequent proteolytic degradation.

RESEARCH LINES

Biosynthesis and mode of action of nitric oxide.

Interactions with ABA and gibberellins. Functional interaction between nitric oxide and

the group VII of AP2/ERF transcription factors through their N-end rule directed proteolysis.

Proteomics of post-translational modifications based on Y-nitration, C-S-nitrosylation and K-ubiquitination.


PU ABBAS, M.; BERCKHAN, S.; ROONEY, D.J.; GIBBS, D.J.; VICENTE CONDE, J.; SOUSA CORREIA, C.; BASSEL, G.W.; MARÍN-DE LA ROSA, N.; LEÓN, J.; ALABADÍ, D.; BLÁZQUEZ, M.A.; HOLDSWORTH, M.J. (2015) Oxygen sensing coordinates photomorphogenesis to facilitate seedling survival. Current Biology, 25(11): 1483-1488

CASTILLO, M.-C.; LOZANO-JUSTE, J.; GONZÁLEZ-GUZMÁN, M.;

RODRIGUEZ, L.; RODRIGUEZ, P.L.; LEÓN, J. (2015) Inactivation of PYR/PYL/RCAR ABA receptors by tyrosine nitration may enable rapid inhibition of ABA signaling by nitric oxide in plants. Science signaling, 8(392)

Proyectos Projects

PU

‘Control de la producción, percepción y señalización de NO por modificaciones postraduccionales y proteolisis dirigida por la secuencia aminoterminal’ BIO2014-56067-P Duración: Del 01/01/2015 al 31/12/2017 IP: J. León

El NO activa una reprogramación transitoria del metabolismo NO triggers a transient metabolic reprogramming

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Esta sublínea de investigación está compuesta por investigadores que

utilizan un abordaje multidisciplinar para identificar, y generar conocimiento sobre, genes o regiones génicas que controlan características agronómicamente importantes en especies cultivadas, y así producir un material biológico susceptible de ser utilizado en mejora vegetal para producir variedades con características agronómicas superiores, incluyendo una mejor calidad nutricional/nutracéutica, o una mejor adaptación al entorno, que permitan aumentar la eficiencia de las plantas y el volumen de las cosechas. Grupos de Investigación:

Mecanismos de Adaptación de las Plantas. Biotecnología de Cultivos Energéticos (P. Vera)

Cultivo In Vitro y mejora vegetal (V. Moreno/ A. Atarés)

Genómica y Biotecnología del fruto (A.Granell / D. Orzaez)

Genómica en Mejora Vegetal (A.J. Monforte / C. Romero)

Biotecnología de Cítricos (L. Peña)

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This research subline is integrated by researchers that use a multidiscipinary approach in order to identify and generate new knowledge about genes and gene regions relevant for important fruit tratis in a cultivated species of strategic interest. Within our goals is the generation of materials that can be used by plant breeders to produce new varieties with superior agronomical charateristics. Among those traits we focuse in the nutritiona/nutraceutical quality, adaptation to the environmental conditions or improved productivity and plant efficiency . Research Groups:

Mechanisms of plant adaptation. Biotechnology of Plants for Energy (P. Vera)

In vitro culture and plant improvement (V. Moreno/ A. Atarés)

Plant Genomics and Biotechnology (A.Granell / D. Orzaez)

Genomics and Plant Breeding (A.J. Monforte / C. Romero)

Citrus Biotechnology (L. Peña)

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BIOTECNOLOGÍA Y MEJORA VEGETAL DE ESPECIES CULTIVADAS

Investigador de Plantilla / Contracted Researchers Pablo Vera (Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC) Investigaodres Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Lourdes Castelblanque Soriano

María García Caballer Javier García-Andrade Serrano

Amrita Ranjan

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Carlos Angulo Sánchez Beatriz Gonzalez García Técnicos Superior de Laboratorio / Senior level Laboratory Technicians Juan José Rodriguez Blasco Técnico de Laboratorio / Laboratory Technicians David Parejo Navarro

Ayudante Investigación / Research Assistants Begoña Balaguer Zamora

MECANISMOS DE ADAPTACIÓN DE LAS PLANTAS. BIOTECNOLOGÍA DE CULTIOVS ENERGÉTICOS Nuestra investigación orbita alrededor de dos temáticas fundamentales. Una de ellas hace referencia al entendimiento de los mecanismos moleculares y la identificación de genes que median en el establecimiento de respuestas adaptativas de las plantas a los cambios del entorno en el que crecen. Constituye un eje fundamental dentro de esta temática el entender los mecanismos de resistencia y susceptibilidad de las plantas a las agresiones patogénicas. Para tal fin utilizamos el sistema modelo de Arabidopsis como sistema experimental, con el consiguiente traslado y aplicación del conocimiento científico obtenido a otras especies vegetales de mayor relevancia agronómica y también industrial. Para apoyar estos estudios hemos creado una plataforma de genética química que pretendemos instrumentalizar para identificar moléculas agonistas y antagonistas de procesos relacionados con la respuestas adaptativas de las plantas. La otra temática a la que también estamos dirigiendo recursos y esfuerzos de investigación está relacionada con la realización de aproximaciones genómicas y genéticas de alto calado en cultivos energéticos de referencia. Con ello pretendemos maximizar la producción de moléculas de alto valor añadido para el sector de las energías renovables, en particular en el de la Bioenergía, con el fin de contribuir a la producción de biocombustibles de segunda y tercera generación a partir de materia prima vegetal. En particular estamos desarrollando una aproximación de mejora genética acelerada del cultivo de Euphrobia lathyris L. así como una aproximación genético molecular para el mejor entendiendo las bases moleculares y celulares de la diferenciación de células laticíferas que actúan como despensa energética de esta especie y son las portadora de los "energy carriers" de esta especie.

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PLANT BREEDING AND BIOTECHNOLOGY OF CROP SPECIES

MECHANISMS OF PLANT ADAPTATION. BIOTECHNOLOGY OF PLANTS FOR ENERGY Our research is centered on two fundamental issues. One referes to the understanding of the molecular mechanisms mediating plant´s adaptive responses to the changing environment in which they grow. Of relevance to us is the understanding of the mechanisms mediating disease resistance and susceptibility of plants to pathogens. Towards this end we use Arabidopsis as the experimental modern system, with the consequent transfer and application of the scientific knowledge gained to other plant species of higher agronomical relevance. To give further support to these studies, we have recently created a platform for chemical genetics that we are employing for identifying agonists and antagonists molecules related to specific processes of plant´s adaptive responses to environmental stress. The other issue to which we are also allocating resources and efforts relates to a variety of genomic and genetic approaches to improve specific energy crops. Our aim is to maximize the production of molecules with high added value for the renewable energy sector, and more in particular for Bioenergy. Our goal is to contribute to the development of second and third generation biofuels from plant raw material derived from dedicated energy crops. In particular, we are developing approaches for accelerated breeding of the crop Euphrobia lathyris L. More in particular, we are performing molecular and genetic approaches for better understanding the molecular and cellular basis mediating differentiation of laticifer cells and which function as a cell factory of a diverse set of "energy carriers" synthesized by the plant and which are ultimately responsible of the high energy added value of this plant species.


PU

DOBÓN, A.; CANET, J.V.; GARCÍA-ANDRADE, J.; ANGULO, C.; NEUMETZLER, L.; PERSSON, S.; VERA, P. (2015) Novel Disease Susceptibility Factors for Fungal Necrotrophic Pathogens in Arabidopsis. PLoS Pathogens, 11(4): e1004800

RAMÍREZ, V.; GONZALEZ, B.; LÓPEZ, A.; CASTELLÓ, M.J.; GIL, M.J.; ZHENG, B.;

CHEN, P.; VERA, P. (2015) Loss of a Conserved tRNA Anticodon Modification Perturbs Plant Immunity. PLoS Genetics, 12(2): e1005911

Proyectos Projects

PU

‘Towards understanding of the mechanism controling resistance/susceptibility to pathogens in Arabidopsis’ BFU2012-32220 Del 01/01/2013 al 31/12/2015 IP: P. Vera ‘Potencial biotecnológico de las aproximaciones de genética química en plantas y su impacto en la activación de mecanismos de resistencia a patógenos’ PROMETEOII/2014/024 Del 01/01/2014 al 31/12/2015 IP: P. Vera

Arabidopsis thaliana DBP1 belongs to the plant-specific family of DNA-binding protein phosphatases. Although recently identified as a novel host factor mediating susceptibility to potyvirus, little is known about DBP1 targets and partners and the molecular mechanisms underlying its function. Analyzing changes in the phosphoproteome of a loss-of-function dbp1 mutant enabled the identification of 14-3-3l isoform (GRF6), a previously reported DBP1 interactor, and MAP kinase (MAPK) MPK11 as components of a small protein network nucleated by DBP1, in which GRF6 stability is modulated by MPK11 through phosphorylation, while DBP1 in turn negatively regulates MPK11 activity. Interestingly, grf6 and mpk11 loss-offunction mutants showed altered response to infection by the potyvirus Plum pox virus (PPV), and the described molecular mechanism controlling GRF6 stability was recapitulated upon PPV infection. These results not only contribute to a better knowledge of the biology of DBP factors, but also of MAPK signalling in plants, with the identification of GRF6 as a likely MPK11 substrate and of DBP1 as a protein phosphatase regulating MPK11 activity, and unveils the implication of this protein module in the response to PPV infection in Arabidopsis.

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Vicente Moreno Ferrero (Catedrático de Universidad UPV/ Full-Professor University UPV) Alejandro Atarés Huerta (Profesor Contratado Doctor-UPV/ Professor-UPV) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Begoña García Sogo Benito Pinedo Chaza Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Sibilla Sánchez Martín-Sauceda Jorge Sánchez López Carlos Ribelles Alfonso Marybel Jáquez Gutíerrez

Estudiantes Trabajo Fin de Máster y Estudiantes Fin de Carrera / Master’s Thesis Students & Final Year Undergraduate Project Students Marina Leal Gavarrón Verónica Molero Ródenas Victoria Albalat Peraita Eduardo Fabián Quinatoa Lozada Jesus Praena Tamayo Andrés Medina Collado Sergio Asins Alepuz Rafael Guallar De Rufino Visitante / Visitor Sylvia Katarzyna Grecka (Erasmus Mundus)

CULTIVO IN VITRO Y MEJORA VEGETAL

Cultivo in vitro y mejora de especies hortícolas. Hemos desarrollado métodos para la obtención de haploides y doble-haploides, variantes somaclonales e híbridos interespecíficos (sexuales y somáticos). El desarrollo de estos métodos ha permitido abordar diversos objetivos en la mejora del tomate, sandía, melón y pepino. La colaboración con empresas del sector (e.g. RijK Zwaan y Enza Zaden) ha dado la oportunidad a nuestros doctores para encontrar trabajo en estas empresas.

Transformación y mejora de hortícolas. Hemos desarrollado métodos eficaces de transformación en melón, sandía y tomate (Theoretical and Applied Genetics, 2003 a, b). En colaboración con otros grupos, se ha realizado el análisis funcional de genes que controlan caracteres del desarrollo (Plant Journal, 2007; Plant Biotechnology Journal, 2009, 2012) y se han conseguido diversas aplicaciones prácticas (Molecular Breeding, 2004; patentes P200501603, OEPM200802207, OEPM200802289). Se ha demostrado también que la expresión de algunos genes conduce a mayor tolerancia a salinidad o sequía en melón, sandía y tomate (Transgenic Research, 1997; Plant Physiology, 2000; Plant Cell and Environment, 2001; Theoretical and Applied Genetics, 2003; Journal Experimental Botany, 2006; Physiologia Plantarum, 2008; Journal Plant Physiology, 2012; Physiologia Plantarum, 2014).

Cultivo in vitro, transformación y mejora de ornamentales. Nuestros trabajos con plantas ornamentales han generado artículos (PCTOC, 2010; Plant Cell Reports, 2010; BMC Plant Biology, 2012), proyectos con empresas (e.g. Viveros Molina, Biomiva, Riberhort), patentes (P200700618) y nuevas variedades (e.g. cultivar de Pelargonio registrado en UE).

Identificación de genes que controlan caracteres de interés agronómico. En un proyecto sobre mutagénesis insercional, que se realiza en colaboración con los Dres. Lozano (UAL) y Bolarín (CEBAS), nuestro grupo ha generado 4600 líneas T-DNA de tomate y 3200 de especies relacionadas (Solanum pimpinellifolium y S. cheesmaniae, S. pennellii). El material obtenido representa una oportunidad única para abordar la disección genética de caracteres del desarrollo relevantes a nivel agronómico en tomate, tales como el tamaño, forma, maduración, color del fruto, cuajado y partenocarpia (Plant Cell Physiology, 2010; PLoS ONE, 2010), así como de los mecanismos que determinan tolerancia a salinidad y sequía en especies relacionadas (Plant Cell Reports, 2012).

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TISSUE CULTURE AND PLANT BREEDING

Plant tissue culture and breeding of horticultural species. We have developed methods for obtaining haploids and double-haploids, somaclonal variants and sexual and somatic interspecific hybrids. The development of these methods has allowed us to address several objectives in the breeding of tomato, watermelon, melon and cucumber. Collaboration with seed companies (eg Rijk Zwaan and Enza Zaden) has given the opportunity for our doctors to find a job in these companies.

Genetic transformation and breeding of horticultural species. We have developed efficient methods for genetic transformation in melon, watermelon and tomato (Theoretical and Applied Genetics, 2003 a, b). In collaboration with other groups, we performed the functional analysis of genes controlling developmental traits (Plant Journal, 2007; Plant Biotechnology Journal, 2009, 2012) and achieved several practical applications (Molecular Breeding, 2004; patents P200501603, OEPM200802207, OEPM200802289). It has also been shown that the expression of some genes promoted a higher level of salinity and/or drought tolerance in melon, watermelon and tomato (Transgenic Research, 1997; Plant Physiology, 2000; Plant Cell and Environment, 2001; Theoretical & Applied Genetics, 2003; Journal Experimental Botany, 2006; Physiologia Plantarum, 2008; Journal Plant Physiology, 2012; Physiologia Plantarum, 2014).

In vitro culture, transformation and improvement of ornamental species. Our work with ornamental plants has generated papers (PCTOC, 2010, Plant Cell Reports, 2010, BMC Plant Biology, 2012), projects with private companies (eg Viveros Molina, Biomiva, Riberhort), patents (P200700618) and new varieties (eg cultivar of pelargonium registered in EU).

Identification and tagging of genes that control agronomic interesting traits. In a wide insertional mutagenesis project, carried out in collaboration with Dr. Lozano (UAL) and Dr. Bolarín (CEBAS), our group has generated 4600 T-DNA lines of tomato and 3200 of wild related species (Solanum pimpinellifolium, S. cheesmaniae, S. pennellii). The collection of T-DNA lines represents a unique opportunity to address the genetic dissection of developmental traits in tomato, such as size, shape, ripening, fruit color, fruit set and parthenocarpy (Plant Cell Physiology, 2010, PLoS ONE, 2010 ) as well as the mechanisms that determine salinity and drought tolerance in wild related species (Plant Cell Reports, 2012).


PU

FERNÁNDEZ-LOZANO, A.; YUSTE-LISBONA, F.J.; PÉREZ-MARTÍN, F.; PINEDA, B.; MORENO, V.; LOZANO, R.; ANGOSTO, T. (2015) Mutation at the tomato EXCESSIVE NUMBER OF FLORAL ORGANS (ENO) locus impairs floral meristem development, thus promoting an increased number of floral organs and fruit size. Plant Science, 232: 41-48

CAMPOS, JF; CARA, B.; PÉREZ-MARTÍN, F.; PINEDA, B.; EGEA, I.; FLORES,

FB; FERNANDEZ-GARCIA, N; CAPEL, J; MORENO, V; ANGOSTO, T; LOZANO, R; BOLARIN, MC (2015) The tomato mutant ars1 (altered response to salt stress 1) identifies an R1-type MYB transcription factor involved in stomatal closure under salt acclimation. Plant Biotechnology Journal, 14(6): 1345-1356

GARCIA-ABELLAN, J.O.; FERNANDEZ-GARCIA, N.; LOPEZ-BERENGUER,

C.; EGEA, I.; FLORES, F.B.; ANGOSTO, T.; CAPEL, J.; LOZANO, R.; PINEDA, B.; MORENO, V.; OLMOS, E.; BOLARIN, M.C. (2015) The tomato res mutant which accumulates JA in roots in non-stressed conditions restores cell structure alterations under salinity. Physiologia Plantarum, 155(3): 296-314

GIMÉNEZ, E.; DOMINGUEZ, E.; PINEDA, B.; HEREDIA, A.; MORENO, V.;

LOZANO, R.; ANGOSTO, T. (2015) Transcriptional activity of the MADS box ARLEQUIN/TOMATO AGAMOUS-LIKE1 gene is required for cuticle development of tomato fruit. Plant Physiology, 168(3): 1036-1048

Cursos Courses

PU

A. ATARÉS “Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas” IBMCP-UPV 150 Horas A. ATARÉS “Plan de formación permanente de profesorado. Actualización científica: Biología molecular y biotecnología en el aula” GVA 4 Horas Proyectos Projects

PU

‘Identificación, etiquetado y análisis funcional de genes implicados en el cuajado del fruto de tomate y tolerancia a la salinidad en especies silvestres relacionadas’ AGL2012-40150-C03-01-AR Del 01/01/2013 al 31/12/2015 IP: V. Moreno

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers

Antonio Granell (Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC) Diego Orzáez Calatayud (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC)

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Jose Luis Rambla Nebot Marta Vazquez Vilar Estefanía Huet Trujillo Mª Florencia Cocaliadis Sara Selma

Técnicos Superiores de Laboratorio / Senior level Laboratory Technicians M. Asunción Fernández del Carmen Técnicos Medios de Laboratorio / Intermediate level Laboratory Technicians Jose Manuel Julve Parreño Técnicos de Laboratorio / Laboratory Technicians Silvia Presa Castro Estudiantes Trabajo Fin de Carrera y Fin de Máster / Final Year Undergraduate Project and Master’s Thesis Students Alfredo Quijano Cristina Valero Visitantes / Visitors Gianfranco Diretto Pia Josefine Rautenstrauch Zeinab Chaghakaboodi Silvia Gianoglio Ana Margaride Sampaio Gabriela Dono

Nuestro grupo tiene como objetivo el diseño de productos innovadores agronómicos y / o mejoradas , que comprende principalmente las frutas comestibles y sus derivados, utilizando la genómica y herramientas biotecnológicas . Our group aims at designing innovative and/or improved agronomic products, mainly comprising edible fruits and their derivatives, using genomics and biotechnology tools.

GENÓMICA Y BIOTECNOLOGÍA DEL FRUTO Nuestro grupo está interesado en el diseño de productos agrícolas innovadores mediante el uso de herramientas genómicas, biotecnológicas y de Biología Sintética. Nuestro principal sistema experimental es el fruto de tomate, y nuestro objetivo consiste en aumentar su valor añadido confiriéndole nuevas formas, colores, aromas y sobre todo mejorando su composición para enriquecerlo en compuestos saludables. Para ello, rastreamos la variabilidad natural de parientes silvestres del tomate cultivado en busca de loci genéticos que confieran rasgos de calidad. Una vez identificados, los transferimos a los cultivares modernos mediante técnicas de mejora genética asistida por marcadores. Cuando los objetivos de mejora van más allá de los límites impuestos por la hibridación sexual, también utilizamos la ingeniería multigénica y la transformación genética para introducir nuevos caracteres de calidad en el genoma del tomate. En una segunda línea de investigación, nuestro grupo emplea los principios y las herramientas de la Biología Sintética para convertir las plantas en biofactorías de productos de alto valor añadido. En el grupo hemos desarrollado métodos que facilitan el ensamblaje de construcciones genéticas cada vez complejas a nivel de DNA. Nuestro objetivo es aprovechar esta capacidad para transferir instrucciones genéticas complejas al genoma de plantas solanáceas (tomate, tabaco y especialmente Nicotiana benthamiana) y así conseguir redirigir parte de su programa genético hacia la síntesis de compuestos de valor añadido. Usando Agrobacterium tumefaciens como lanzadera genética y en ocasiones con el concurso de vectores virales, aprendemos como producir grandes cantidades de anticuerpos, lectinas o antídotos frente a venenos de serpiente de forma rápida y eficiente.

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PLANT GENOMICS AND BIOTECHNOLOGY

Our research group is interested in the design of innovative agricultural goods using genomics, biotechnology and synthetic biology tools. Our main experimental system is the tomato fruit, and our aim is to increase its added value with new shapes, colors, aromas and healthy properties. For this, we browse the natural variability of tomato-related wild species in order to identify loci conferring fruit quality traits. Once those loci are identified, we use marker-assisted breeding to transfer them to modern tomato cultivars. Moving beyond the limits imposed by sexual hybridization and natural variability, we also make use of biotechnology tools as multigene engineering and genetic transformation to bring new quality traits into the tomato genome. In a second line of research, we employ of Synthetic Biology tools and principles for engineering plant biofactories of added-value products. In our lab, we have learnt how to build increasingly complex genetic instructions at the DNA level. By introducing these instructions into the genome of solanaceae species as tomato, tobacco and especially Nicotiana benthamiana (a tobacco relative), our goal is to re-direct the genetic program of the plant towards the synthesis of added-value products. Assisted by Agrobacterium tumefaciens and sometimes by viral vectors, we learn how to produce high levels of fine chemicals as antibodies, lectins, or snake anti-venoms in a short period of time.

PU VAZQUEZ-VILAR, M.; SARRION-PERDIGONES, A.; ZIARSOLO, P.;

BLANCA, J.; GRANELL, A.; ORZAEZ, D. (2015) Software-Assisted Stacking of Gene Modules Using GoldenBraid 2.0 DNA-Assembly Framework. Methods in molecular biology (Clifton, N,J,), 1284: 399-420

RAMBLA, JL; LÓPEZ-GRESA, MP; BELLÉS, JM; GRANELL, A. (2015)

Metabolomic profiling of plant tissues. Methods in molecular biology (Clifton, N,J,), 1284: 221-235

RAMBLA, J.L.; ALFARO, C.; MEDINA, A.; ZARZO, M.; PRIMO, J.; GRANELL,

A. (2015) Tomato fruit volatile profiles are highly dependent on sample processing and capturing methods. Metabolomics, 11(6): 1708-1720

PATRON, N.J.; ORZAEZ, D.; MARILLONNET, S.; WARZECHA, H.;

MATTHEWMAN, C.; YOULES, M.; RAITSKIN, O.; LEVEAU, A.; FARRÉ, G.; ROGERS, C.; SMITH, A.; HIBBERD, J.; WEBB, A.A.R.; LOCKE, J.; SCHORNACK, S.; AJIOKA, J.; BAULCOMBE, D.C.; ZIPFEL, C.; KAMOUN, S.; JONES, J.D.G.; KUHN, H.; ROBATZEK, S.; VAN ESSE, H.P.; SANDERS, D.; OLDROYD, G.; MARTIN, C.; FIELD, R.; O'CONNOR, S.; FOX, S.; WULFF, B.; MILLER, B.; BREAKSPEAR, A.; RADHAKRISHNAN, G.; DELAUX, P.-M.; LOQUÉ, D.; GRANELL, A.; TISSIER, A.; SHIH, P.; BRUTNELL, T.P.; QUICK, W.P.; RISCHER, H.; FRASER, P.D.; AHARONI, A.; RAINES, C.; SOUTH, P.F.; ANÉ, J.-M.; HAMBERGER, B.R.; LANGDALE, J.; STOUGAARD, J.; BOUWMEESTER, H.; UDVARDI, M.; MURRAY, J.A.H.; NTOUKAKIS, V.; SCHÄFER, P.; DENBY, K.; EDWARDS, K.J.; OSBOURN, A.; HASELOFF, J. (2015) Standards for plant synthetic biology: A common syntax for exchange of DNA parts. New Phytologist, 208(1): 13-19


PU

PONS, C.; DAGAR, A.; MARTI IBANEZ, C.; SINGH, V.; CRISOSTO, C.H.; FRIEDMAN, H.; LURIE, S.; GRANELL, A. (2015) Pre-symptomatic transcriptome changes during cold storage of chilling sensitive and resistant peach cultivars to elucidate chilling injury mechanisms. BMC Genomics, 16:245

CAPEL, C.; FERNÁNDEZ DEL CARMEN, A.; ALBA, J.M.; LIMA-SILVA,

V.; HERNÁNDEZ-GRAS, F.; SALINAS, M.; BORONAT, A.; ANGOSTO, T.; BOTELLA, M.A.; FERNÁNDEZ-MUÑOZ, R.; GRANELL, A.; CAPEL, J.; LOZANO, R. (2015) Wide-genome QTL mapping of fruit quality traits in a tomato RIL population derived from the wild-relative species Solanum pimpinellifolium L. TAG, Theoretical and applied genetics, Theoretische und angewandte Genetik, 128(10): 2019-2035

LASHBROOKE, J.; ADATO, A.; LOTAN, O.; ALKAN, N.; TSIMBALIST,

T.; RECHAV, K.; FERNANDEZ-MORENO, J.P.; WIDEMANN, E.; GRAUSEM, B.; PINOT, F.; GRANELL, A.; COSTA, F.; AHARONI, A. (2015) The tomato MIXTA-like transcription factor coordinates fruit epidermis conical cell development and cuticular lipid biosynthesis and assembly. Plant Physiology, 169(4): 2553-2571

Cursos Courses PU D. Orzez ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 20 Horas Tesis Doctorales Doctoral Theses PU Josefina Patricia Fernández Moreno ‘Tomato Fleshy Fruit Quality Improvement: Characterization of Genes and Genomic Regions Associated to Specialized Metabolism in Tomato Fleshy Fruit’ Directores: A. Granell / D. Orzaez

Proyectos Projects

‘Green switches: Design of synthetic gene circuits for recombinant protein production and nutritional enhancement in Solanaceous plants’ BIO2013-42193 Duración: 01/01/2014 al 31/12/2016 IP: D. Orzaez / A. Granell ‘Nuevos productos cosméticos y sanitarios mediante la producción recombinante’ RTC-2015-4374-1 Duración: 01/06/2015 al 01/06/2017 IP: D. Orzaez ‘Traditional tomato varieties and cultiral practices: a case for agricultural diversification with impact on food security and health of European population. TRADITOM’ 634561 - TRADITOM – RIA Duración: 01/03/2015 al 28/02/2018 IP: A. Granell

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Antonio J Monforte Gilabert (Científico Titular CSIC / Research Scientist CSIC) Carlos Romero Salvador (Científico Titular CSIC / Research Scientist CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctorals Researchers Aurora Díaz Bermúdez Clara Pons Puig Mª José Gonzalo Pascual

Técnicos de Laboratorio / Laboratory Technicians Soledad Casal Ventura Estudiante Máster / Master Student Pablo Sipowicz Dorra Fackhet

GENÓMICA EN MEJORA GENÉTICA Aplicamos la genómica para la disección de genes implicados en caracteres de interés agronómico. Usamos la genética de poblaciones, genética cuantitativa y teoría de la mejora que integramos con agronomía, biología molecular y genómica. Pretendemos generar herramientas útiles para el desarrollo de nuevos cultivares, así como, conocimiento para comprender mejor las bases genéticas de la variación fenotípica de los caracteres agronómicos. Utilizamos marcadores moleculares, genotipado de alto rendimiento, mapas genéticos, análisis de QTLs y desarrollo de líneas de introgresión o QTL-NILs, con énfasis en el descubrimiento de nueva variabilidad genética a partir de especies silvestres. Los proyectos que estamos desarrollando son:

Caracterización de QTLs implicados en la morfología del fruto y en la domesticación de melón. Hemos localizado QTLs implicados en la forma del fruto y estamos caracterizándolos en profundidad. También hemos localizado QTLs implicados en caracteres relacionados con la domesticación del cultivo que probablemente han sido los responsables del aumento de tamaño y contenido en pulpa comestible desde los melones silvestres a los cultivados.

Barreras reproductivas en Cucumis. Estudiamos los sistemas que regulan la incompatibilidad interespecífica con el fin último de encontrar vías para superarlos y facilitar la introgresión de caracteres de interés agronómico en el melón cultivado. La caracterización de estos sistemas se basa en un abordaje multidisciplinar que hace uso de la genómica, la transcriptómica y la biología molecular y celular, trabajando con especies silvestres africanas y asiáticas.

Genética de la calidad del fruto de tomate. Hemos desarrollado una la colección de líneas de introgresión a partir del tomate silvestre Solanum pimpinellifolium, con la que diseccionamos genéticamente caracteres de calidad de fruto como morfología, color, contenido en azúcares, acidez y compuestos volátiles.

Valorización de las variedades tradicionales de tomate europeas dentro del proyecto TRADITOM. Trabajamos con una colección de 1.500 variedades donde estamos analizando las diferencias genómicas y de calidad con los cultivares modernos.

Tolerancia a altas temperaturas en tomate en el proyecto TomGen, hemos empezado a buscar variedades y especies silvestres tolerantes.

Figure 1. QTL mapping in a population from a cross between the variety "Piel de Sapo" and wild "Trigonus". In the melon genetic map position of QTLs involved in fruit size, pulp and sugar content is specified. At the bottom of the fruits of Piel de Sapo lines to which QTLs are introduced for size (FWTQ4.1, FWTQ6.1 and FWQT8.1), pulp (PATQ6.1) and sugar (SSCT5.1 ) content. The effects of QTLs are clearly

shown.

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GENOMICS IN PLANT BREEDING We apply genomics to dissect genes involved in agronomic interesting traits in horticultural species. We use population genetics, quantitative genetics and breeding that we integrate with agronomy , molecular biology and genomics . We aim to generate useful tools for the development of new cultivars, as well as basic knowledge to better understand the molecular and genetic basis of fruit phenotypic variation. We use molecular markers , high throughput genotyping , genetic mapping , QTL analysis and development of introgression lines or QTL - NILs, with emphasis on the discovery of new genetic variation from wild or unadapted germplasm . The specific projects we are developing are:

Characterization of QTLs involved in fruit morphology and domestication of melon. We have located QTLs involved in fruit shape and we are characterizing them. We have also located QTLs involved in crop domestication, as the increase in size and content of edible flesh from wild to cultivated melons.

Reproductive barriers in Cucumis. We study the interspecific incompatibility with the aim to overcome it to introgress new genetic variability in melon. We use multidisciplinary approaches as genomics, transcriptomics, celular and molecular biology in African and Asian wild species.

Genetics of tomato fruit quality . We have developed a collection of introgression lines from wild tomato Solanum pimpinellifolium , with which we are genetically dissecting fruit quality traits as morphology , color, sugar content , acidity and volatile compounds

Study of European tomato traditional cultivars for the TRADITOM project.

Heat tolerance in tomato under the TOMGEN EU project.

Publicaciones Publications DIAZ, A.; FORMENT, J.; ARGYRIS, J.M.; FUKINO, N.; TZURI, G.; HAREL-

BEJA, R.; KATZIR, N.; GARCIA-MAS, J.; MONFORTE, A.J. (2015) Anchoring the consensus ICuGI genetic map to the melon (Cucumis melo L.) genome. Molecular Breeding, 35(10): 188

LEIDA, C.; MOSER, C.; ESTERAS, C.; SULPICE, R.; LUNN, J.E.; DE LANGEN,

F.; MONFORTE, A.J.; PICÓ, B. (2015) Variability of candidate genes, genetic structure and association with sugar accumulation and climacteric behavior in a broad germplasm collection of melon (Cucumis melo L.). BMC Genetics, 16: 28

Cursos Courses

A. Monforte ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas Proyectos Projects

‘Desarrollo de variedades de melón por intercruzamientos y aplicación de marcadores moleculares’ Ref. 20130302 Del 01/01/2013 al 31/12/2015 IP: A. Monforte ‘Descifrando la base genetica de la morfología del fruto y la domesticación de melón’ AGL2012-40130-C02-02 Del 01/01/2013 al 31/12/2015 IP: A. Monforte

Figura 2. Frutos característicos de las líneas de introgresión (SP_x-x) de Solanum pimpinellifolium en el fondo genético “Moneymaker”, cuyo fruto típico también se muestra en la parte inferior de la figura.

Figure 2. Typical fruits from some Solanum pimpinellifolium intorgression lines (SP_x-x) in the “Moneymake” genetic background (on the lower of the figure)

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Figura 1. El silenciamiento de β-CHX en frutos de naranjo dulce confiere resistencia fúngica. De A a C, Evolución de la enfermedad causada por el hongo Penicillium digitatum en naranjas maduras inoculadas con 1 x 105 spores mL-1 : Porcentaje de heridas infectadas (A) y esporuladas (B) en frutos de las líneas CV y HRP. Los resultados son la media ± SEM (n ≥ 10). dpi, días después de la inoculación. ***, P < 0,01 mediante la prueba t de Student. Repetimos los experimentos durante 3 campañas con resultados similares. C, frutos CV y HRP 6 y 10 días después de la inoculación. Figure 1. Silencing of β-CHX in orange fruits confers fungal resistence. A to C, Evolution of the disease caused by the fungus Penicillium digitatum in mature orange fruits inoculated with 1 x 105 spores mL-1 : Percentage of infected (A) and sporulated (B) wounds in orange fruits of CV and HRP lines. Results are the average ± SEM (n ≥ 10). dpi, Days postinoculation. ***, P < 0.01 using t-Student test. We repeated the experiments three times and obtained similar results. C, CV and HRP fruits 6 and 10 days after inoculation.

Investigadores Contratados Fuente: Fundación Fundecitrus / Contracted Researchers Source: Fundecitrus Fundation Leandro Peña García Investigadores Post-doctorales / Post-Doctorals Researchers Berta Alquézar García Ana Rodríguez Baixauli Elsa Pons Bayarri

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Josep Enric Peris Rodrigo

Técnico Superior de apoyo / Superior Technical Support María Aurora Medina Herranz

BIOTECNOLOGÍA DE CÍTRICOS

La actividad investigadora de nuestro grupo se centra en la utilización de la biotecnología para poder abordar importantes desafíos que interesan a la citricultura, como son la demanda incesante de productores e industria de obtener cítricos resistentes a enfermedades emergentes que están afectando gravemente a la citricultura mundial como son el Huanglongbing (HLB) o la mancha negra de los cítricos. Otra de las líneas de trabajo del grupo se basa en incrementar el contenido en los frutos cítricos de algún micronutriente o compuesto fitoquímico saludable, con la finalidad de mejorar sus propiedades nutri-funcionales. Pretendemos desarrollar así nuevas variedades que puedan responder a las necesidades actuales del sector citrícola, además de servir como herramientas que nos permitan ampliar nuestros conocimientos sobre el papel de los terpenos volátiles, flavonoides y carotenoides de los frutos cítricos en sus interacciones con el entorno biótico. Otra línea reciente de investigación trata de determinar el papel de los terpenos presentes en la piel de la naranja con respecto a los animales frugívoros/consumidores de frutos cítricos, y la relación de estos con la dispersión de semillas de cítricos en entornos naturales:

Las principales líneas de investigación del grupo de

biotecnología de cítricos son:

Obtención de variedades repelentes/resistentes a los principales insectos vectores y patógenos que afectan a los cítricos tales como Diaphorina citri (vector de la bacteria causante del HLB), Phyllosticta citricarpa (causante de la mancha negra de los cítricos) o Xanthomonas citri subsp. citri (causante de la cancrosis de los cítricos), entre otros.

Aportar valor añadido a los frutos cítricos mediante el aumento de la acumulación de compuestos saludables tales como carotenoides y antocianos, así como el clonaje y la caracterización de promotores de cítricos específicos de fruto para su uso biotecnológico.

Modulación del desarrollo vegetativo para la generación de portainjertos enanizantes. Inducción de floración/fructificación temprana en plantas juveniles como herramienta biotecnológica para análisis rápido de caracteres de mejora en flores y frutos.

Estudios sobre el consumo de frutos por animales, dispersión de semillas y posible naturalización de cítricos transgénicos en condiciones de campo.

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Figura 2. Síntomas de la infección por HLB y posibles estrategias biotecnológicas para su control. A) Naranjo con síntomas de infección por HLB. B) Rama de árbol infectado en la que se aprecia el amarilleo de las hojas y la inversión de la desverdización del fruto. C) Detalle de hoja con moteado amarillo asimétrico. D) Fruto deformado de árbol infectado por HLB en el que se aprecia aborto de semillas y engrosamiento de la columela. E) Insectos inmaduros de D. citri (amarillo, a la izquierda, en la parte inferior del tallo) e insecto adulto de D. citri (marrón, a la derecha, en la parte superior del tallo). Se aprecia también en la parte de bifurcación del tallo los túbulos cerosos secretados por los insectos. F) Posibles estrategias biotecnológicas encaminadas a controlar la infección por HLB reduciendo la población de D. citri así como su atracción por los cítricos. Fuente: Fundecitrus Figure 2. Symptoms of HLB infection and possible biotechnological strategies for their control. A) Sweet orange plants with symptoms of HLB infection. B) Infected tree branch showing the leaf yellowing and the degreening inversion of the fruit. C) Detail of leaf with asymmetrical yellow mottling. D) Deformed fruit infected with HLB in which seed abortion and thickening of the columella is shown. E) Immature D. citri insects (yellow, left, at the bottom of the stem) and adult D. citri insects (brown, right, at the top of the stem). Waxy tubules secreted by insects are also shown in the branching portion of the stem. F) Potential biotechnological strategies to control HLB infection by reducing the population of D. citri as well as its attraction for citrus flushes. Source: Fundecitrus

CITRUS BIOTECHNOLOGY

Our laboratory is focused on using biotechnology to address important challenges of interest for the citrus industry, including the incessant demand of the market to generate citrus types resistant to emerging diseases that are ravaging the world citrus industry such as Huanglongbing (HLB) or citrus black spot. Another research line of the group is based on increasing the content of specific micronutrients or healthy phytochemical compounds in citrus fruits, in order to improve their nutri-functional properties. We, therefore, intend to develop new varieties that meet the current needs of the citrus industry, in addition to serving as tools to broaden our understanding of the role of terpene volatiles, flavonoids and carotenoids from fruits in their interactions with the biotic environment. Another recent line of research is to determine the role of the terpenes present in orange peel in the interaction of citrus fruits with frugivorous animals, and their consequences on citrus seed dispersal in natural environments.

The main research lines of our group are:

Generating varieties repellent/resistant to major insect vectors and pathogens affecting citrus such as Diaphorina citri (vector of the bacterium that causes HLB), Phyllosticta citricarpa (which causes citrus black spot) or Xanthomonas citri subsp. citri (causing citrus canker), among others.

Bring an added value to citrus fruits by increasing their content in healthy compounds such as specific carotenoids and anthocyanins, as well as cloning and characterizing specific fruit promoters from citrus for biotechnological use.

Modulation of vegetative development of citrus varieties by using dwarfing rootstocks and induction of early flowering/fruiting in juvenile plants as a tool for rapid analysis of flower/fruit improvement traits.

Studies on the consumption of fruits by animals, seed dispersal and possible naturalization of transgenic citrus trees under field conditions.


SOLER, N.; FAGOAGA, C.; LÓPEZ, C.; MORENO, P.; NAVARRO, L.; FLORES, R.; PEÑA, L. (2015) Symptoms induced by transgenic expression of p23 from Citrus tristeza virus in phloem-associated cells of Mexican lime mimic virus infection without the aberrations accompanying constitutive expression. Molecular Plant Pathology, 16(4): 388-399

RODRÍGUEZ, A.; SHIMADA, T.; CERVERA, M.; REDONDO, A.;

ALQUÉZAR, B.; RODRIGO, M.J.; ZACARÍAS, L.; PALOU, L.; LÓPEZ, M.M.; PEÑA, L. (2015) Resistance to pathogens in terpene down-regulated orange fruits inversely correlates with the accumulation of D-limonene in peel oil glands. Plant signaling & behavior, 10(6): e1028704

PERIS J.E.; FEDRIANI J.M.; PEÑA L. (2015) Los mamíferos frugívoros

prefieren frutos de cítricos infectados por Penicillium digitatum: ¿se equivocaba Janzen? Ecosistemas 24(3): 5-13

Proyectos Projects

‘Estratégias biotecnológicas para o controle do HLB mediante transgenia’ FAPESP, Sao Paulo, Brasil Duración: Desde 2015 hasta 2020 I.P: Peña, L.

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La investigación en esta sublínea se centra en el conocimiento de los mecanismos moleculares subyacentes a la respuesta

celular ante una variedad de agresiones abióticas, concretamente ante los estreses iónico, osmótico, químico o por frío, así como a la escasez de nutrientes. Para ello se utiliza una combinación de metodologías bioquímicas, genéticas y genómicas para identificar los determinantes moleculares y circuitos reguladores que permiten la adaptación de las plantas a las condiciones adversas. El conocimiento de estos determinantes y sus interacciones reguladoras proporcionará las herramientas para mejorar la tolerancia de los cultivos a los estreses salino, osmótico, químico y de temperaturas extremas. El abordaje general de esta sublínea de investigación es el uso de la levadura Saccharomyces cerevisiae y la planta superior Arabidopsis thaliana como organismos modelos para definir la respuesta a los estreses abióticos a nivel molecular:

o Usando la levadura como modelo, se pretende identificar componentes de la compleja respuesta adaptativa a los estreses iónico e hiperosmótico, que implica cambios en la estructura de la cromatina y en la regulación transcripcional subsiguiente, en la modulación de la estabilidad y actividad de las proteínas de transporte, y en la regulación de las funciones mitocondriales. El sistema de la levadura es usado también para definir los circuitos reguladores subyacentes a la resistencia a drogas (estrés químico).

o En el sistema de Arabidopsis, los abordajes experimentales se centran en identificar los determinantes moleculares de la tolerancia a los estreses iónico, por frío y por sequía, y en caracterizar su funcion en la regulación génica, en el procesamiento del RNA mensajero, y en la capacidad de transporte específico de iones y la homeostasis iónica en general.

Como una aproximación complementaria, se están utilizando plantas resistentes al estrés de modo natural (tales como plantas halófilas o xerófilas) para investigar las respuestas al estrés abiótico bajo condiciones naturales, y para identificar determinantes de la tolerancia al estrés con posibles aplicaciones biotecnológicas. Grupos de Investigación:

Crecimiento Celular y Dianas Moleculares del Estrés Abiótico (Mulet, J.M.)

Mecanismos de tolerancia a estrés abiótico en plantas (Vicente, O.)

Circuitos Moleculares en Respuesta a Estrés Osmótico (Pascual-Ahuir; Proft, M.)

Homeostasis Iónica, Estrés Celular y Genómica (Serrano, R.)

Control de Nutrientes y Estabilidad Genómica (Murguía, J.R./ Gadea, J.)

Regulación de las Proteínas de Transporte de la Membrana Plasmática (Yenush, L.)

Biología Integrativa de Sistemas (Fares, M.)

87

This part of the department investigates the molecular mechanisms of cellular responses to a

variety of abiotic stresses such as salt, osmotic, chemical, temperature or nutrient stress. The molecular determinants of the adaptive responses are investigated by biochemical, genetic and genomic approaches. Identification of the genes regulating stress responses will provide biotechnological tools to improve the tolerance of crops to abiotic stresses.

Two model systems are utilized: the yeast Saccharomyces cerevisiae and the plant Arabidopsis thaliana:

o With the yeast system changes in chromatin structure, transcriptional regulation, membrane transporters and mitochondrial functions are investigated

o With the Arabidopsis system gene regulation, mRNA processing and ion homeostasis are investigated

As a complementary approach, halophilic and xerofilic plants naturally resistant to abiotic stresses are also utilized.

Research groups

Cellular Growth and Molecular Targets of Abiotic Stress (Mulet, J.M.)

Mechanisms of tolerance to abiotic stress in plants (Vicente, O.)

Molecular Circuits in Response to Osmotic Stress (Pascual-Ahuir, A.; Proft. M.)

Ion homeostasis, Cellular Stress and Genomics (Serrano, R.)

Nutrient control and genomic stability (Murguía, J.R.; Gadea, J.)

Regulation of Transport Proteins from Plasma Membrane (Yenush, L.)

Integrative System Biology (Fares, M.)

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ESTRÉS ABIÓTICO

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers

Jose Miguel Mulet Salort (Profesor Contratado Doctor UPV / Professor UPV) Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Antonio Bustamante Gonzalez Ruben Saporta

CRECIMIENTO CELULAR Y DIANAS MOLECULARES DEL ESTRÉS ABIÓTICO El crecimiento (acumulación de masa) es un proceso complejo que determinará el tamaño final del organismo. Uno de los factores negativos para que la planta alcance su máximo tamaño es el estrés abiótico. Los efectos del estrés abiótico a nivel fisiológico son sobradamente conocidos, no obstante, todavía no disponemos de una descripción detallada de que procesos moleculares actúan como factores limitantes en condiciones de estrés abiótico (principalmente frío o sequía). Nuestro interés es identificar estas dianas moleculares del estrés abiótico y determinar su interrelación con los mecanismos moleculares que determinan la acumulación de masa por parte de la célula. El trabajo de laboratorio está centrado en los sistemas modelo de levadura (Saccharomyces cerevisiae) y plantas (Arabidopsis thaliana). Además, en colaboración con varias empresas, utilizamos el conocimiento acumulado en estos sistemas modelo y su tolerancia a estrés para evaluar la capacidad de diferentes compuestos naturales para servir como bioestimulantes. En estos momentos nuestro trabajo está centrado en caracterizar el mecanismo de tolerancia a estrés determinado por diferentes genes que hemos identificado en el laboratorio como posibles dianas de tolerancia a estrés por frío o sequía. Concretamente el mecanismo de tolerancia a frío determinado por los genes CRIO1-3, CRIO4 y CRIO5, y el de tolerancia a sequía de XERO1, y de XERO2. Interés:

Bioquímica y Biología molecular de Levadura.

Bioquímica y Biología Molecular de Plantas.

Estres por frío y sequía.

Crecimiento celular en plantas.

Bioestimulantes

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ABIOTIC STRESS


CELLULAR GROWTH AND MOLECULAR TARGETS OF ABIOTIC STRESS Growth (mass accumulation) is a complex process that will determine the final size of the organism. One of the limiting factors to achieve the maximum size is abiotic stress. At the physiological level the effects of abiotic stress are well established, but we still do not have a detailed description of the molecular processes that became limiting when the plant is subjected to abiotic stress. Our interest is to identify these molecular targets of abiotic stress and determine its interplay with the molecular mechanisms driving cell mass accumulation. Our laboratory is focused in the yeast (Saccharomyces cerevisiae) and plant (Arabidopsis thaliana) model system. In addition, in collaboration with several companies, we are taking advantage of the know-how accumulated on these model systems and their abiotic stress tolerance to evaluate the potential use of different natural products as biostimulants. Currently our efforts are focused at the characterization of the molecular mechanisms of stress tolerance determined by different genes that we have identified in our laboratory as targets of drought and cold stress. Specifically we are interested in the mechanism of tolerance to cold stress determined by the genes CRIO1-3, CRIO4 and CRIO5, and the tolerance to drought stress determined by XERO1 and XERO2. Research interest

Yeast Biochemistry and Molecular Biology

Plant Biochemistry and Molecular Biology

Cold and Drought Stress

Plant Cell Growth

Biostimulants

MATAMOROS, MA; SAIZ, A; PEÑUELAS, M; BUSTOS-SANMAMED, P; MULET, JM; BARJA, MV; ROUHIER, N; MOORE, M; JAMES, EK; DIETZ, KJ; BECANA, M (2015) Function of glutathione peroxidases in legume root nodules. Journal of Experimental Botany, 66(10): 2979-2990

TAÏBI, K.; DEL CAMPO, A.D.; AGUADO, A.; MULET, J.M. (2015) The effect

of genotype by environment interaction, phenotypic plasticity and adaptation on Pinus halepensis reforestation establishment under expected climate drifts. Ecological Engineering, 84: 218-228

VICENT, I.; NAVARRO, A.; MULET, J.M.; SHARMA, S.; SERRANO, R. (2015)

Uptake of inorganic phosphate is a limiting factor for Saccharomyces cerevisiae during growth at low temperatures. FEMS Yeast Research, 15(3): 008

Libro Book

MULET, J.M. (2015) ‘Comer sin Miedo’ Editorial: Destino, Argentina MULET, J.M. (2015) ‘Medicina sin engaños’ Editorial: Destino

Cursos Courses

Mulet, J.M. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 150 Horas

Proyectos Projects

‘La homeostasis de cationes monovalentes (H+, K+ y Na+) y el crecimiento y muerte celular’ Ref.: Agrométodos I Duración: Desde 20/11/2015 al 20/02/2017 IP: JM Mulet

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ESTRÉS ABIÓTICO


Investigadores de Plantilla /Contracted Researchers Oscar Vicente Meana (Catedrático UPV / Full Professor UPV) Mónica Tereza Boscaiu Neagu (Profesora Titular UPV / Research Professor UPV)

Investigadores Pre-doctorales – Pre-Doctorals Researchers Mohamad Al Hassan Sugenith Margarita Arteaga Castillo Técnico Superior Especializado / Senior Technical Specialist Ricardo Gil Ortíz Estudiantes de intercambio / Exchange Students Enrico Daniso (Italia) Orsolya Borsai (Rumanía) Aleksandra Kozminska (Polonia)

Visitantes / Visitors Juliana Chaura Cortés (Colombia) Sameh Dbira (Túnez) Dinesh Kumar (India)

MECANISMOS DE TOLERANCIA AL ESTRÉS ABIÓTICO EN PLANTAS El trabajo del grupo se ha centrado, desde su creación, en el estudio de los mecanismos fisiológicos, bioquímicos y moleculares de respuesta de las plantas frente al estrés abiótico y cómo, en algunos casos, esas respuestas se traducen en tolerancia a estrés. Nos interesa especialmente la tolerancia a la sequía y a la elevada salinidad del suelo, que son las condiciones ambientales que causan las mayores pérdidas en la producción agrícola mundial, a la vez que determinan en gran medida la distribución de las especies vegetales en la naturaleza. Iniciamos estos estudios utilizando un abordaje convencional: el aislamiento de ‘genes de tolerancia a estrés’ de la planta modelo Arabidopsis thaliana; de esta forma clonamos y caracterizamos varios genes (codificando tres factores de splicing y una lipasa) cuya sobreexpresión en plantas transgénicas confería un aumento en su resistencia a estrés hídrico y salino. Sin embargo, conscientes de las limitaciones de A. thaliana para investigar mecanismos de tolerancia a estrés – por tratarse de una especie no tolerante – hace algunos años iniciamos una nueva línea de investigación, centrándonos en las respuestas al estrés ambiental de especies silvestres adaptadas a distintos tipos de hábitats naturales. Para ello, determinamos cambios estacionales en los niveles de varios marcadores bioquímicos de estrés, característicos de distintas rutas de respuesta, para correlacionarlos con el grado y tipo de estrés a que están sometidas las plantas en el campo, estimado a partir de la medida de parámetros del suelo y datos meteorológicos. Más recientemente, hemos ampliado nuestros estudios a análisis comparativos de las respuestas a estrés, a nivel bioquímico y molecular, de especies silvestres relacionadas genéticamente (del mismo género) pero con distintos niveles de tolerancia, y a distintas variedades de especies cultivadas, hortícolas y ornamentales. Estas estrategias experimentales, complementarias a abordajes más comunes utilizando sistemas modelo, nos están proporcionando información novedosa y de interés con respecto a los mecanismos generales de respuesta a estrés abiótico de las plantas, y sobre la contribución de distintas respuestas a los mecanismos de tolerancia de especies concretas, permitiendo distinguir aquellas respuestas que son biológica y ecológicamente relevantes, de las que no lo son.

BORSAI, O; AL HASSAN, M; BOSCAIU, M; VICENTE, O; SESTRAS, A; SESTRAS, R (2015) Effects of Salt on Seed Germination and Seedling Growth of Three Portulaca Species. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, 72(2): 450-451

HERNÁNDEZ, L.; LOYOLA-GONZÁLEZ, O.; VALLE, B.; MARTÍNEZ, J.; DÍAZ-LÓPEZ, L.; ARAGÓN, C.; VICENTE, O.; PAPENBROCK, J.; TRETHOWAN, R.; YABOR, L.; LORENZO, J.C. (2015) Identification of discriminant factors after exposure of maize and common bean plantlets to abiotic stresses. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 43(2): 589-598

LLINARES-PALACIOS, JV; BAUTISTA-CARRASCOSA, I; DONAT-TORRES, M.P.; LIDÓN A.; LULL, C; MAYORAL GARCÍA-BERLANGA, O; WANKHADE, S; BOSCAIU, M; VICENTE, O (2015) Responses to Environmental Stress in Plants Adapted to Mediterranean Gypsum Habitats. Notulae Scientia Biologicae 7(1): 37-44

AL HASSAN, M.; MARTÍNEZ FUERTES, M.; RAMOS SÁNCHEZ, F.J.; VICENTE, O.; BOSCAIU, M. (2015) Effects of salt and water stress on plant growth and on accumulation of osmolytes and antioxidant compounds in cherry tomato. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 43(1): 1-11

91

ABIOTIC STRESS

MECHANISMS OF TOLERANCE TO ABIOTIC STRESS IN PLANTS

The group's work has focused from the beginning on the study of the physiological, biochemical and molecular mechanisms of plant responses to abiotic stress and how, in some cases, these responses result in stress tolerance. We are especially interested in the tolerance to drought and high soil salinity, which are the environmental conditions that cause the largest losses in crop yields worldwide, as well as largely determine the distribution of plant species in nature. We initiated these studies using a conventional approach: the isolation of 'stress tolerance genes' from the model plant Arabidopsis thaliana; in this way we cloned and characterised several genes (encoding three splicing factors and a lipase), which conferred increased resistance to drought and salt stress when overexpressed in transgenic plants. However, aware of the limitations of A. thaliana to investigate the mechanisms of stress tolerance – since it is not a tolerant species – a few years ago we started a new line of research, focusing on the responses to environmental stress of wild plant species adapted to different natural habitats. For this, we determined seasonal changes in the levels of several biochemical stress markers, characteristic of different response pathways, and correlated them with the degree and type of stress to which the plants were subjected in the field, estimated from measurement of soil parameters and climatic data. More recently, we have extended our studies to comparative analyses of biochemical and molecular stress responses, in genetically related wild taxa (species from the same genus) but with different tolerance levels, and to different varieties of horticultural and ornamental crop species. These experimental strategies, complementary to commoner approaches using model systems, are providing new and interesting information regarding the general mechanisms of response to abiotic stress in plants and, especifically, the relative contribution of different responses to the mechanisms of tolerance in particular species, and thus allowing to distinguish those responses that are biologically and ecologically relevant, from those which are not.

AL HASSAN, M; BOSCAIU, M; VICENTE, O (2015) Role of antioxidant phenolic compounds in plant responses to environmental stress. Journal of Biotechnology, 208: S11

AL HASSAN, M; DANISO, E; BOSCAIU, M; VICENTE, O (2015)

Expression of the Vacuolar Na+/H+ Antiporter Gene (NHX1) in Three Plantago Species Differing in Salt Tolerance. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, 72: 441-442

VICENTE, O; AL HASSAN, M; BOSCAIU, M (2015) Biotechnological improvement of drought and salt tolerance of crops: a new paradigm for increasing food production. Studia Universitatis Babes-Bolyai. Biologia (Online), 60: 73-74

FITA, A; RODRÍGUEZ-BURRUEZO, A; BOSCAIU, M; PROHENS-TOMÁS, J; VICENTE, O (2015) Breeding and domesticating crops adapted to drought and salinity: a new paradigm for increasing food production. Frontiers in Plant Science, 6: 978

Cursos Courses

O. Vicente ‘Bioquímica y Biología Molecular de Plantas Avanzada’ en Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas. IBMCP-UPV. 45 Horas. O. Vicente ‘Bioquímica y Biología Molecular de Plantas’ en Grado Biotecnología. UPV. 55 Horas O. Vicente ‘Biotecnología y nanotecnología’ en Grado Ingeniería Biomédica ETSII – UPV 35 Horas O. Vicente ‘Stress tolerant crops for the climate change. University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine (USAMV), Cluj-Napoca, Rumania. 10 Horas O. Vicente ‘Role of molecular biology in feeding the world’ Universidad

Babes-Bolyai (UBB), Cluj-Napoca, Rumania. 8 Horas O. Vicente ‘Abiotic stress in plants’ USAMV, Cluj-Napoca, Rumania. 8 Horas O. Vicente ‘Plant abiotic stress tolerance mechanisms’ BOKU, Viena, Austria. 8 Horas O. Vicente ‘Green/red biotech: molecular pharming’ Universitá degli Studi di Perugia, Perugia, Italia 8 Horas

Proyectos Projects

‘Los CRFS como alternativa a los fertilizantes tradicionales: Buscando una mejor protección del medio ambiente’ RTC-2014-1457-5 Desde el 01/03/2014 al 31/12/2017 IP: O. VICENTE


CICEVAN, R.; AL HASSAN, M.; SESTRAS, A.; BOSCAIU, M.; ZAHARIA, A.; VICENTE, O.; SESTRAS, R. (2015) Comparative analysis of osmotic and ionic stress effects on seed germination in Tagetes (Asteraceae) cultivars. Propagation of Ornamental Plants, 15(2): 63-72

CHAURA, J; AL HASSAN, M; DANISO, E; VICENTE, O; BOSCAIU, M (2015) Comparative Analysis of the Antioxidant Response to Salt Stress in Inula crithmoides and Dittrichia viscosa. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, 72: 455-456

SCHIOP, S.T.; AL HASSAN, M.; SESTRAS, A.F.; BOSCAIU, M.; SESTRAS, R.E.; VICENTE, O. (2015) Identification of salt stress biomarkers in Romanian Carpathian populations of Picea abies (L.) Karst. PLoS ONE, 10(8): e0135419

AL HASSAN, M.; GOHARI, G.; BOSCAIU, M.; VICENTE, O.; GRIGORE, M.N. (2015) Anatomical modifications in two Juncus species under salt stress conditions. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 43(2), 501-506

92

ESTRÉS ABIÓTICO

Fig 1: Sobreexpresión de subunidades del transportador mitocondrial de piruvato Mpc; Fig 1: Effects of overexpression of different MPC genes encoding subunits of the mitochondrial pyruvate carrier

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Markus Proft (Científico Titular CSIC / Research Scientist CSIC) Amparo Pascual-Ahuir Giner (Profesora Titular UPV / Research Professor UPV) Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Alba Timón Gómez Alessandro Rienzo Sara Manzanares Estreder Elena Vanacloig Pedros

Estudiantes Prácticas en Empresa / Student Traineeships Carlos Calomarde Juarez Olga Zafra Delgado Mireia Perez Orts

CIRCUITOS MOLECULARES EN RESPUESTA A ESTRÉS OSMÓTICO

El trabajo de nuestro grupo intenta descifrar los mecanismos moleculares y los distintos niveles fisiológicos que componen la adaptación a estrés en células eucariotas. Empleamos sobre todo el modelo celular de la levadura Saccharomyces cerevisiae en las siguientes líneas de investigación:

La descripción cuantitativa y el conocimiento de los mecanismos moleculares de la dinámica de la regulación transcripcional en respuesta a estrés químico, osmótico y oxidativo.

Comprender los mecanismos relevantes de la memoria transcripcional en respuesta a estrés.

Descifrar los cambios dinámicos y adaptativos de la estructura y función mitocondrial en respuesta a estrés.

93

ABIOTIC STRESS

Fig. 2 Sistema luciferasa para cuantificar la expresión génica in vivo en tiempo real Fig. 2 Live cell luciferase system for the time elapsed measurement of gene expression

MOLECULAR CIRCUITS IN RESPONSE TO OSMOTIC STRESS Our group aims at understanding the molecular mechanisms and the interplay of different physiological levels in the adaptation to stress in eukaryotic cells. We mainly employ the yeast model system in the following specific research lines:

Quantitatively describe and understand the molecular mechanisms of dynamic transcriptional responses upon chemical, osmotic and oxidative stress.

Understand the mechanisms of transcriptional memory upon stress.

Unravel the dynamic and adaptive changes in mitochondrial structure and metabolism upon stress.


VANACLOIG-PEDROS, E.; BETS-PLASENCIA, C.; PASCUAL-AHUIR, A.; PROFT, M. (2015) Coordinated gene regulation in the initial phase of salt stress adaptation. Journal of Biological Chemistry, 290(16): 10163-10175

RIENZO, A.; POVEDA-HUERTES, D.; AYDIN, S.; BUCHLER, N.E.; PASCUAL-

AHUIR, A.; PROFT, M. (2015) Different mechanisms confer gradual control and memory at nutrient- and stress-regulated genes in yeast. Molecular and Cellular Biology, 35(21): 3669-3683

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Tinción con rojo rutenio del mucílago de la cubierta de las semillas en varios genotipos de Arabidopsis. Col-0 es el control para los mutantes de pérdida (ASATHB25) y ganancia (athb25-1D y UBQ10:ATHB25) de función del factor de transcripción de HB25. L.er es el control para el mutante de señalización constitutiva de giberelinas (quintuple Della). Staining with Rutenium Red of the mucilage of Arabidopsis seeds of different genotypes. Col-0 is the wild type for mutants with loss (ASATHB25) and gain (athb25-1D y UBQ10:ATHB25) of function of transcription factor HB25. L.er is the wild type for the mutant with constitutive gibberellin signaling (quintuple Della).

ESTRÉS ABIÓTICO

Tinción con rojo rutenio del mucílago de la cubierta de las semillas en varios genotipos de Arabidopsis. Col-0 es el control para los mutantes de pérdida (ASATHB25) y ganancia (athb25-1D y UBQ10:ATHB25) de función del factor de transcripción de HB25. L.er es el control para el mutante de señalización constitutiva de giberelinas (quintuple Della). Staining with Rutenium Red of the mucilage of Arabidopsis seeds of different genotypes. Col-0 is the wild type for mutants with loss (ASATHB25) and gain (athb25-1D y UBQ10:ATHB25) of function of transcription factor HB25. L.er is the wild type for the mutant with constitutive gibberellin signaling (quintuple Della).

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Ramon Serrano Salom (Catedrático UPV / Full Professor UPV) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Jesús Muñoz Bertomeu Eduardo Bueso Rodenas

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Shaima Mahmoud Marcos Caballero Molada

Técnicos Superiores Especializados / Senior Technical Specialist Maria Dolores Planes Ferrer Consuelo Montesinos de Lago Visitantes / Visitors Irene Martínez Almonacid

HOMEOSTASIS IONICA, ESTRES CELULAR Y GENOMICA

En relación con homeostasis iónica, se ha caracterizado en Arabidopsis thaliana una subtilisina del retículo endoplásmico que por sobre-expresión mejora la homeostasis de pH y las defensas antioxidantes. Esta proteasa podría generar algún péptido regulador mediante procesamiento de una proteína precursora. También en Arabidopsis se ha demostrado que la hormona ácido abscísico inhibe la H+-ATPasa e induce acidificación intracelular y pérdida de K+ en las raíces, factores ambos que contribuyen a la inhibición del crecimiento por esta hormona. En Saccharomyces cerevisiae se ha identificado una exoribonucleasa que regula traducción de mRNAs y que mejora la tolerancia a acidificación intracelular por duplicación de dosis génica. Esta exoribonucleasa podría ser un sensor de pH de la maquinaria de crecimiento celular. También en Saccharomyces se ha demostrado la regulación de la H+-ATPasa por la proteína fosfatasa Sit4 y por la proteína kinasa TORC1. En relación con estrés celular, en Arabidopsis se ha dilucidado el mecanismo de tolerancia al envejecimiento de semillas (que disminuye su longevidad) de varios mutantes obtenidos por nosotros mediante activación transcripcional. La sobre-expresión de dos factores de transcripción y de una ubiquitin ligasa operan mediante diversas hormonas vegetales que regulan la formación de la cubierta de las semillas.

95

ABIOTIC STRESS

ION HOMEOSTASIS, CELLULAR STRESS AND GENOMICS In the ion homeostasis part, we have characterized in Arabidopsis thaliana a subtilisin located at the endoplasmic reticulum that upon over-expression improves pH homeostasis and antioxidant defenses. This protease could generate a regulatory peptide by processing a precursor protein. Also in Arabidopsis we have shown that the hormone abscisic acid inhibits the root H+-ATPase and induces intracellular acidification and K+ efflux, with both factors contributing to growth inhibition by this hormone. In Saccharomyces cerevisae we have found an exoribonuclease regulating translation of mRNAs that upon duplication in gene dosage improves tolerance to intracellular acidification. This exoribonuclease could be a pH sensor of the machinery that regulates cell growth. Also in Saccharomyces we have demonstrated that the H+-ATPase is regulated by the protein phosphatase Sit4 and by the protein kinase TORC1. In the cellular stress part, in Arabidopsis we have found the mechanism of tolerance to seed aging (decreasing longevity) of several mutants we have obtained by activation tagging. The over-expression of two transcription factors and of one ubiquitin ligase all work through different plant hormones that regulate the seed coat.


PLANES, M.D.; NIÑOLES, R.; RUBIO, L.; BISSOLI, G.; BUESO, E.; GARCÍA-SÁNCHEZ, M.J.; ALEJANDRO, S.; GONZALEZ-GUZMÁN, M.; HEDRICH, R.; RODRIGUEZ, P.L.; FERNÁNDEZ, J.A.; SERRANO, R. (2015) A mechanism of growth inhibition by abscisic acid in germinating seeds of Arabidopsis thaliana based on inhibition of plasma membrane H+-ATPase and decreased cytosolic pH, K+, and anions. Journal of Experimental Botany, 66(3): 813-825

FAUS, I.; ZABALZA, A.; SANTIAGO, J.; NEBAUER, S.G.; ROYUELA, M.;

SERRANO, R.; GADEA, J. (2015) Protein kinase GCN2 mediates responses to glyphosate in Arabidopsis. BMC Plant Biology, 15:14

VICENT, I.; NAVARRO, A.; MULET, J.M.; SHARMA, S.; SERRANO, R. (2015)

Uptake of inorganic phosphate is a limiting factor for Saccharomyces cerevisiae during growth at low temperatures. FEMS Yeast Research, 15(3): 008

MARTÍNEZ, F.; ARIF, A.; NEBAUER, S.G.; BUESO, E.; ALI, R.; MONTESINOS,

C.; BRUNAUD, V.; MUÑOZ-BERTOMEU, J.; SERRANO, R. (2015) A fungal transcription factor gene is expressed in plants from its own promoter and improves drought tolerance. Planta, 242(1): 39-52

SAYAS, E.; GARCÍA-LÓPEZ, F.; SERRANO, R. (2015) Toxicity, mutagenicity

and transport in Saccharomyces cerevisiae of three popular DNA intercalating fluorescent dyes. Yeast, 32(9): 595-606

ANOMAN, A.D.; MUÑOZ-BERTOMEU, J.; ROSA-TÉLLEZ, S.; FLORES-

TORNERO, M.; SERRANO, R.; BUESO, E.; FERNIE, A.R.; SEGURA, J.; ROS, R. (2015) Plastidial glycolytic glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase is an important determinant in the carbon and nitrogen metabolism of heterotrophic cells in Arabidopsis. Plant Physiology, 169(3): 1619-1637


Felix Martinez Macías ‘Nuevos genes reguladores de la tolerancia al estrés abiótico en Arabidopsis’ Directores: R. Serrano / J. Muñoz Bertomeu Shima Mahmoud Ali Ibrahim Hamouda ‘Protein kinases and phosphatases regulating the yeast proton pump’ Directores: R. Serrano

Proyectos Projects

‘Regulacion del desarrollo de la cubierta de las semillas como herramienta para aumentar su longevidad’ BIO2014-52621-R Duración: Del 01/01/2015 al 31/12/2017 IP: R. Serrano ‘Los CRFS como alternativa a los fertilizantes tradicionales: Buscando una mejor proteccion del medio ambiente’ RTC-2014-1457-5 Del 01/03/2014 al 31/12/2017 IP: R. Serrano

Cursos Courses

R. Serrano ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 45 Horas

96

ESTRÉS ABIÓTICO

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Jose Gadea (Profesor Titular UPV / Research Professor UPV)

Investigadores Post-Doctorales / Post-Doctoral Researchers Vigya Kesari

Investigadores Pre-Doctorales / Pre-Doctorals Researchers Isabel Faus Joan Renard

Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students Ailin Dios

Estudiantes Prácticas en Empresa / Student Traineeships Antonio Calabuig Visitantes / Visitors Prof. Kuruma Sreeramulu

CONTROL DE NUTRIENTES Y ESTABILIDAD

GENÓMICA

El proceso más agotador para una célula en

crecimiento es la traducción proteica. Requiere una

gran cantidad de energía, así como un suministro

constante de los veinte aminoácidos. Además, las

proteínas recién sintetizadas deben ser plegadas,

ensambladas, modificadas covalentemente, y enviadas

a sus compartimentos celulares. Por eso, no es de

extrañar que una de las respuestas de la célula ante

una situación de estrés implique la parada de este

proceso tan costoso energéticamente, vital para la

homeostasis celular.

Uno de los puntos de regulación de la traducción en

condiciones de estrés es la fosforilación de la

subunidad alfa del factor de iniciación eIF2. Esta

rección la realiza en plantas la proteína quinasa GCN2.

En los últimos años, se han catalogado un número

creciente de condiciones de estrés que activan GCN2 y

que presumiblemente bloquean la traducción. Estos

resultados apuntan a que GCN2 está teniendo un papel

central en el mantenimiento del homeostasis celular

ante situaciones de estrés.

En nuestro grupo, estamos interesados en

comprender el papel de GCN2 en la respuesta a

estreses abióticos en plantas. Hemos visto que tanto el

estrés salino, como el estrés ácido, el tratamiento con

luz UV-B y el ayuno de aminoácidos son capaces de

activar esta quinasa. ¿Cómo tiene lugar esta activación

a nivel molecular? ¿Cúales son los efectos de eliminar

este gen en las plantas? ¿Con quién está participando

GCN2 para realizar su función molecular? Estas y otras

preguntas están intentando ser respondidas en el

laboratorio.

97

ABIOTIC STRESS

Reducción del crecimiento de la raíz en la línea mutante mutante gcn1, observándose la reducción de la zona meristemática

NUTRIENT CONTROL AND GENOMIC STABILITY

Translation is the most energy-intensive biochemical

process supporting cell growth. It requires a large

amount of energy, as well as a reliable supply of all

twenty amino acids. Moreover, the nascent proteins

must be folded, assembled, covalently modified, and

sorted to the correct cellular compartment.

Therefore, it is not surprising that one of the main

responses of cells to stress conditions involves

cessation of this energetically consumptive process,

normally vital to homeostasis.

One of the main steps at which translation is

regulated during stress is the phosphorylation of the

alpha subunit of the eIF2 initiation factor. This step is

performed in plants by the protein kinase GCN2. In

the last years, a growing number of stress conditions

have been shown to activate GCN2 and presumably to

block translation. These results are placing GCN2 on

stage as a central player in the maintenance of

cellular homeostasis under stress conditions

In our group, we are interested in unravelling the role

of GCN2 in the response to abiotic stresses. We have

shown that salt stress, acid stress, UV-B treatment,

and aminoacid depletion are activating this kinase.

How is this activation taking place at the molecular

level? Which are the effects of knocking-out this gene

in the plants? Who is participating together with

GCN2 in its cellular role? Using molecular and

genomic technologies, these and many other

questions are trying to be solved in the laboratory.


FAUS, I.; ZABALZA, A.; SANTIAGO, J.; NEBAUER, S.G.; ROYUELA, M.; SERRANO, R.; GADEA, J. (2015) Protein kinase GCN2 mediates responses to glyphosate in Arabidopsis. BMC Plant Biology, 15:14

MENACHO-MÁRQUEZ, M.; RODRÍGUEZ-HERNÁNDEZ, C.J.; VILLARONG,

M.Á.; PÉREZ-VALLE, J.; GADEA, J.; BELANDIA, B.; MURGUÍA, J.R. (2015) EIF2 kinases mediate β-lapachone toxicity in yeast and human cancer cells. Cell Cycle, 14(4): 630-640

Cursos Courses

Gadea, J. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 30 Horas

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Saccharomyces cerevisiae plasma membrane potassium and

sodium transport proteins

ESTRÉS ABIÓTICO

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Lynne Yenush (Profesor Contratado Doctor UPV / Professor UPV) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers

Mª Carmen Marqués Investigadores Pre-doctorales Pre-Doctoral Researchers Vicent Llopis Cecilia Primo Técnicos Superiores Especializados / Senior Anna Adam

Trabajo Fin de Carrera / Final Year undergraduate Project Student

Elena Moreno Fernando Laguia Oleksandra Sirozh

Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students Alba Ferri

TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES QUE REGULAN EL TRÁFICO INTRACELULAR DE TRANSPORTADORES DE IONES Y NUTRIENTES DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS INTERESES DEL

GRUPO

La regulación dinámica de los transportadores y canales de iones y nutrientes de la membrana plasmática es un campo de investigación en expansión. Estudios recientes realizados en plantas y animales, ponen de manifiesto que los mecanismos de regulación de los transportadores de la superficie celular dependientes de fosforilación y ubiquitinación juegan un papel esencial en el establecimiento y el mantenimiento de la homeostasis iónica en respuesta a las variaciones de las condiciones extracelulares. En nuestro grupo, estudiamos estos mecanismos de regulación en los sistemas modelos Saccharomyces cerevisiae y Arabidopsis thaliana. Abordamos preguntas como: ¿Cómo se regulan los transportadores de iones y nutrientes de la membrana plasmática a nivel post-transcripcional? ¿Qué proteínas señalizadoras están involucradas en esta regulación? DESCRIPCIÓN DE LAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Mecanismos de regulación de los transportadores de la membrana plasmática Estamos interesados en crear sistemas experimentales donde se pueda estudiar, a nivel molecular, los mecanismos de regulación post-traduccional de transportadores de iones y nutrientes y como estas modificaciones afectan a su tráfico intracelular. Aprovechando nuestra experiencia con el sistema modelo de levaduras, estamos llevando a cabo dos líneas básicas. En primer lugar, investigamos las funciones de kinasas, como Hal4, Hal5 y Snf1, que según nuestros datos o por analogía de kinasas relacionadas en la literatura, puedan regular el tráfico de proteínas de la membrana plasmática. Estamos desarrollando abordajes genéticos y bioquímicos para identificar los sustratos relevantes de estas enzimas. Basándonos en los datos conseguidos en levaduras, estamos empezando aplicar nuestros conocimientos a sistemas modelos de plantas, como Arabidopsis thaliana. Se ha descrito que los transportadores de iones, KAT1, SOS1 y AKT1 se regulan por fosforilación. Estamos investigando los mecanismos de esta regulación, que todavía se desconocen.

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ABIOTIC STRESS

Model of Ubiquitin-dependent endocytosis of selected transporters. (Mulet

et al., 2013)

SIGNAL TRANSDUCTION REGULATING INTRACELLULAR TRAFFICKING OF ION AND NUTRIENT TRANSPORTERS GENERAL DESCRIPTION OF SCIENTIFIC

INTERESTS: Post-translational regulation of plasma membrane transport proteins has become an intense field of international research in recent years. Mutations in more than 60 ion channel genes are now known to cause human disease (reviewed in (Kass, 2005). It is likely that genes encoding regulators of these transport proteins will also be implicated in at least some of these afflictions. Moreover, several plant ion transporters which have been described to be regulated by phosphorylation (i.e., KAT1, AKT1 and SOS1), are important for plant stress tolerance. We are interested in characterizing the signal transduction pathways that link extracellular cues to the dynamic control of proteins that transport ions and nutrients across the plasma membrane. At present, our group is focused on the study of the basic mechanisms underlying the regulation of plasma membrane transport proteins in the model organisms Saccharomyces cerevisiae and Arabidopsis thaliana. The types of questions we are currently investigating have to do with: How are plasma membrane ion and nutrient transporters regulated post-translationally? How do post-translational modifications affect the intracellular trafficking of ion and nutrient transporters? What signalling proteins are involved in these regulatory processes? LINEAS DE INVESTIGACIÓN

Mechanisms of regulation of plasma membrane transport proteins in yeast and plants Our group is interested in developing experimental systems where we are able to study, at the molecular level, the mechanisms of post-translational regulation of ion and nutrient transporters and how these modifications affect intracellular trafficking. Taking advantage of our experience with the yeast model system, we are following two lines of investigation. First, we are studying the function of protein kinases, like Hal4, Hal5, and Snf1, which, based on our own data or results reported in the literature, are candidates to regulate the trafficking of plasma membrane proteins. We are using genetic and biochemical approaches to identify relevant substrates of these enzymes. Based on results obtained in yeast, we are applying our knowledge to the plant model system, Arabidopsis thaliana. Recently, several ion transport proteins, like KAT1, SOS1 and AKT1 have been described to be regulated by phosphorylation. We are investigating the mechanisms of this regulation.


MATTIAZZI UŠAJ, M; PRELEC, M; BRLOŽNIK, M; PRIMO, C; CURK, T; ŠČANČAR, J; YENUSH, L; PETROVIČ, U. (2015) Yeast Saccharomyces cerevisiae adiponectin receptor homolog Izh2 is involved in the regulation of zinc, phospholipid and pH homeostasis. Metallomics, 7(9): 1338-1351

MARQUÉS, MC.; ZAMARBIDE-FORÉS, S.; PEDELINI, L.; LLOPIS-

TORREGROSA, V.; YENUSH, L. (2015) A functional Rim101 complex is required for proper accumulation of the Ena1 Na+-ATPase protein in response to salt stress in Saccharomyces cerevisiae. FEMS Yeast Research, 15(4): 17

Cursos Courses

Y. Lynne ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 60 Horas


Cecilia Primo Planta ‘Mecanismos de regulación post-traduccional de transportadores de la membrana plasmática: Papel de las quinasas Hal4 y Hal5 en el tráfico de transportadores de nutrientes e iones en el organismo modelo Saccharomyces cerevisiae’ Directora: L. Yenush

100

ESTRÉS ABIÓTICO

Investigadores de Plantilla / Contracted Research

Mario A. Fares Riaño (Científico Titular CSIC / Research Scientist CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Beatriz Sabater Muñoz Investigadores Pre-Doctorales / Pre-Doctoral Researchers Roser Montagud Martínez Florian Mattenberger Adolfo López Cerdán José Aguilar Martínez

Técnico de Laboratorio / Laboratory Technicians María Prats Escriche

BIOLOGÍA INTEGRATIVA Y DE SISTEMAS

El objectivo fundamental de mi investigación se centra en el studio y determinación del origen de nuevas funciones y su implicación en la generación de complegidad biológica. En particular, mi laboratorio está interesado en la determinación de las trayectorias evolutivas, tanto a nivel de genes codificantes como en sus elementos reguladores, que los organismos siguen en su proceso adaptativo. Dichos intereses y objetivos son relevantes en areas que trascienden el mero interés fundamental y abren nuevas perspectivas en el desarrollo biotecnológico y biomédico. El interés de mi investigación se basa en el hecho que muchas innovaciones evolutivas están fuera de los límites de la evolución, puesto que tales innovaciones requieren cambios dramáticos generalmente purificados por la selección natural. Sin embargo, bajo una serie de condiciones específicas, existen mechanisms capaces de reducir el coste que una innovación supone permitiendo su supervivencia durante periodos evolutivos suficientemente largos. Creemos que la supervivencia de tales innovaciones de forma críptica en las poblaciones naturales es clave para su posterior emergencia como adaptaciones en ambientes cambiantes. Es por ello por lo que nuestro interés se centra en el studio de mecanismos capaces de impulsar el origen y fijación de innovaciones biológicas. Los mecanismos por excelencia implicados en proporcionar robustez frente a cambios genéticos son las proteínas de choque térmico (también llamadas chaperonas moleculares) y la duplicación génica y genómica. Basados en estos intereses, nuestra principal actividad investigadora se centra en:

Diseccionar el mecanismo regulador de la robustez mutacional de las chaperonas moleculares

Entender como se generan nuevas funciones tras duplicaciones génicas y genómicas y que trayectorias evolutivas son más favorecidas

Identificar fenómenos de coevolución molecular con el fin de proporcionar una dimension de redes biológicas a nuestros estudios

Testar hipótesis concretas llevando a cabo experimentos de evolución microbiana bajo condiciones fuertemente controladas en el laboratorio

101

ABIOTIC STRESS

INTEGRATIVE SYSTEM BIOLOGY

The main aim of my research is the understanding of how novel functions and biological complexity emerge in nature. In particular, we are interested in identifying the evolutionary trajectories, at the genome and regulatory levels, to biological innovations. This aim is relevant not only to the understanding of species diversification and the emergence of complexity but also to provide key knowledge for biotechnological and biomedical developments. Many biological innovations are simply off-limits for evolution because they involve dramatic changes to organisms that are often not tolerated by natural selection. However, under certain conditions, some molecular mechanisms can minimize the effects of innovative mutations allowing them to survive in the genome and become eventually fixed, potentially emerging as adaptive features when the environment changes. Our focus is on the characterization and use of buffering molecular mechanisms that provide robustness to mutations allowing the exploration of larger genotypic networks, and thus originating novel phenotypes. The main robustness mechanisms we study are heat-shock proteins, also known as molecular chaperones, and gene and genome duplications. To achieve our goal, we conduct theoretical and experimental research in a diverse range of fields. In particular, we test specific evolutionary scenarios by evolving microbes under laboratory-controlled experiments and analyzing the consequences of specific evolutionary dynamics at the genome and physiological levels. The main research conducted in my laboratory is based on the following: Dissecting the role of molecular chaperones in

regulating mutational robustness and functional innovation.

Determining the role of gene and genome duplication in functional diversification.

Identifying molecular coevolution and coadaptation.

Testing evolutionary hypotheses using experimental evolution with microbes.


FARES, M.A. (2015) Survival and innovation:The role of mutational robustness in evolution. Biochimie, 119: 254-261

FARES, M.A. (2015) The origins of mutational robustness. Trends in

Genetics, 31(7): 373-381

SABATER-MUÑOZ, B.; PRATS-ESCRICHE, M.; MONTAGUD-MARTÍNEZ, R.; LÓPEZ-CERDÁN, A.; TOFT, C.; AGUILAR-RODRÍGUEZ, J.; WAGNER, A.; FARES, M.A. (2015) Fitness trade-offs determine the role of the molecular chaperonin GroEL in buffering mutations. Molecular Biology and Evolution, 32(10): 2681-2693

CLUXTON, C.D.; CAFFREY, B.E.; KINSELLA, G.K.; MOYNAGH, P.N.; FARES, M.A.; FALLON, P.G. (2015) Functional conservation of an ancestral Pellino protein in helminth species. Scientific Reports, 5

LUISI, P.; ALVAREZ-PONCE, D.; PYBUS, M.; FARES, M.A.; BERTRANPETIT, J.; LAAYOUNI, H. (2015) Recent positive selection has acted on genes encoding proteins with more interactions within the whole human interactome. Genome Biology and Evolution, 7(4): 1141-1154

Proyectos Projects

‘The role of gene duplication in the complexity of biological systems: reshaping mutational dynamics and origination of biological innovations’ MICINN BFU2012-36346 Del 01/01/2013 al 31/12/2015 IP: M. Fares

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Este grupo estudia los mecanismos de resistencia de las plantas a viroides, virus, bacterias,

hongos e insectos, prestando especial atención al papel biológico de metabolitos y proteínas en la

respuesta defensiva de las plantas contra plagas y patógenos. Los objetivos generales son los

siguientes:

Identificar un sistema general de respuesta de las plantas al estrés integrado por múltiples

rutas de transducción de señales que convergen en un número reducido de moléculas

señalizadoras y defensivas.

Realizar estudios metabolómicos en diferentes interacciones planta-patógeno en búsqueda

de metabolitos implicados en rutas de señalización que activan la respuesta defensiva de las

plantas contra patógenos.

Obtener plantas transgénicas que muestren niveles alterados de metabolitos previamente

identificados con potencial interés biológico o biotecnológico.

El objetivo final es obtener cultivos más resistentes a estrés biótico que permitan prácticas

agrícolas más sostenibles y compatibles con la protección del medio ambiente.

Grupos de Investigación:

Señalización y Respuesta al Estrés Biótico (Conejero, V.; Bellés, J.M.; Lisón, P.; Rodrigo, I.:

López-Gresa, M.P.)

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This group studies the resistance mechanisms of plants to viroids, virus, bacteria, fungi and insects, focusing

on the role of metabolites and proteins in the plant defence responses against pests and pathogens. The general goals are:

To identify a general plant response system to stress, integrated by multiple signal transduction pathways converging in a reduced number of signal and defence molecules.

To conduct metabolomic studies in different plant-pathogen interactions in search of metabolites involved in signaling pathways that activate plant defence responses against pathogens.

To obtain transgenic plants displaying altered levels of the previously identified metabolites with a potential biological or biothecnological interest.

The final goal is to generate crops more resistant to biotic stress leading to environmentally-friendly agricultural practices.

Research Group

Signaling and Responses to to Biotic Stress (Conejero, V., Bellés, J.M., Lisón, P., Rodrigo, I.; López-Gresa, M.P.)

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ESTRÉS BIÓTICO

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Vicente Conejero Tomás (Catedrático UPV / Full Professor-UPV) Jose María Bellés Albert (Profesor Titular UPV / Professor UPV) María Purificación Lisón Párraga (Profesor Contratado Doctor UPV / Professor UPV) Ismael Rodrigo Bravo (Profesor Titular UPV / Professor UPV) María Pilar López Gresa (Profesor Ayudante Doctor UPV / Assistant Professor Doctor) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Laura Campos Beneyto Técnicos Medios de Laboratorio / Intermediate level Laboratory Technicians Asunción Saurí Ferrando Técnicos Especialistas de Laboratorio / Laboratory Technicians Cristina Torres Vidal Estudiantes Trabajo Fin de Carrera / Final Year undergraduate Project Student Gracián Camps Ramón Ruben Escribá Piera Marta Hernández Carretero Elías Kabbas Piñango Paula Pons Martinez

Estudiantes Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students Miguel Ozáez Martínez Diana Fuertes Bailón

SEÑALIZACIÓN Y RESPUESTA AL ESTRÉS BIÓTICO

Las plantas han desarrollado un sistema defensivo muy eficiente para defenderse de multitud de agresiones ambientales. Dicho sistema está formado fundamentalmente por defensas inducibles y por barreras constitutivas. Las defensas inducibles forman una red multicomponente que integra armas defensivas de función biológica diversa. Empleando las interacciones planta-patógeno tomate/Viroide de la Exocortis de los Cítricos (CEVd); tomate/Virus del Mosaico del Tomate (ToMV) o Virus del Bronceado del Tomate (TSWV) y tomate/Pseudomonas syringae), nuestro laboratorio ha contribuido a la caracterización de componentes proteicos y metabólicos que componen dicha red de defensa en tomate. Nuestro objetivo general es contribuir al conocimiento del sistema defensivo de las plantas y obtener plantas más resistentes a las agresiones externas, así como encontrar compuestos naturales asociados a la respuesta defensiva con propiedades biotecnológicas de interés. Nuestros objetivos concretos son:

PAPEL DEL ÁCIDO GENTÍSICO EN DISTINTAS INTERACCIONES PLANTA-PATÓGENO. En nuestro laboratorio se ha constatado que el ácido gentísico (ácido 2,5-hidroxibenzoico, GA) actúa como molécula señal en determinadas interacciones planta-patógeno.

ANÁLISIS METABOLÓMICO DE DISTINTAS INTERACCIONES PLANTA-PATÓGENO. El objetivo es caracterizar nuevos metabolitos implicados en la interacción de plantas de tomate con CEVd, ToMV, TSWV or P. syringae, usando distintas plataformas metabólicas: LC-MS, GC-MS, y NMR. Un hallazgo bastante prometedor obtenido en nuestro laboratorio ha sido la caracterización, en hojas de tomate infectadas por P. syringae, de la trans-feruloilnoradrenalina, un nuevo metabolito, con una potente actividad antioxidante (Patente Internacional WO2011ES70269 20110415).

PLANTAS TRANSGÉNICAS CON NIVELES ALTERADOS DE COMPUESTOS FENÓLICOS. Se pretende obtener plantas transgénicas de tomate que sobre-expresen o silencien enzimas clave que regulen la biosíntesis de aquellos metabolitos caracterizados en el análisis metabolómico (apartado 2) que posean propiedades biológicas de interés con el objeto de estudiar in vivo su función biológica.

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BIOTIC STRESS

SIGNALING AND RESPONSES TO BIOTIC STRESS

Plants have developed a very efficient defence system to cope with the wide array of potential environmental aggressors. This system is endowed with mostly inducible defences and with constitutive barriers as well. The inducible defences form a multi-component network that integrates defence weapons with very diverse biological function. Using the plant-pathogen interactions tomato/Citrus Exocortis Viroid (CEVd); tomato/Tomato Mosaic Virus (ToMV) or Tomato Spotted Wilt Virus (TSWV); and tomato/Pseudomonas syringae as working models, our laboratory has contributed to reveal the existence of this network of inducible defences in plants and to characterize some of their protein and metabolite components. The general objective of our research is to improve the knowledge of the plant defence system to obtain plants more resistant to environmental stresses and to find natural compounds associated to plant-pathogen interactions with potential biotechnological applications. We plan to focus on the following objectives:

ROLE OF GENTISIC ACID IN PLANT-PATHOGEN INTERACTIONS. The role of gentisic acid (2,5-dihydroxybenzoic acid, GA) as a pathogen-inducible signal molecule has been established in our laboratory. We are interested in studying the role of this metabolite as a complementary signal to salicylic acid for activation of plant defences in tomato plants.

METABOLOMIC STUDY OF PLANT PATHOGEN INTERACTIONS. The purpose is to characterize new secondary metabolites from the phenylpropanoid pathway involved in the interaction of tomato with CEVd, ToMV, TSWV or P. syringae using different metabolomic platforms: LC-MS, GC-MS, and NMR. A very promising achievement we have already obtained is the finding in tomato leaves of trans-feruloylnoradrenaline, an undescribed compound with a strong antioxidant activity (International patent WO2011ES70269 20110415).

TRANSGENIC PLANTS WITH ALTERED LEVELS OF METABOLITES INVOLVED IN DEFENCE. Upon characterization of stress-induced compounds with desirable in vitro properties, our objective is to obtain transgenic plants over-expressing or silencing key enzymes regulating their biosynthesis in order to investigate their in vivo biological properties.

Capítulo Libro Book Chapters

RAMBLA, JL; LÓPEZ-GRESA, MP; BELLÉS, JM; GRANELL, A. (2015) Metabolomic profiling of plant tissues. Methods in molecular biology (Clifton, N,J,), 1284: 221-235

Proyectos Projects

‘Caracterización de genes y metabolitos implicados en la respuesta defensiva de las plantas frente a patogenos’ BIO2012-33419 Del 01/01/2013 al 31/12/2015 IP: J.M. Belles

Rodrigo, I. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas Lisón, P. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 50 Horas López-Gresa, M.P. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 30 Horas

Cursos Courses


GONZÁLEZ-MAS, MC; RAMBLA, JL; GÓMEZ-TORRENTE, ML; BUJ, A.; LÓPEZ-GRESA, MP; GRANELL, A (2015) Análisis no dirigido del Aceite Esencial de las variedades de Mandarino Clemenules y Clemenpons. Levante Agrícola, 429: 232-241

Plantas de tomate infectadas con la bacteria Pseudomonas syringæ acumulan amidas derivadas del ácido hidroxicinámico (HCAA) y el monoterpeno α-terpineol. Estos metabolitos inducen resistencia en plantas de tomate. Tomato plants infected with the bacterial pathogen Pseudomonas syringae accumulate hydroxycinnamic acid amides (HCAA), and the monoterpene α-terpineol. These metabolites are able to induce resistance in tomato.

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Esta sublínea de investigación está desarrollada por investigadores con un amplio espectro

de intereses en la biología molecular, la evolución y la interacción con el huésped de virus y viroides de plantas. El objetivo final es el diseño de estrategias nuevas y racionales de control de estos agentes infecciosos y el desarrollo de aplicaciones biotecnológicas directamente a partir de nuestra investigación en virología de plantas.

Nuestros esfuerzos se concentran en entender mejor cómo los virus y viroides: a) se replican, b) se mueven a través de la planta, c) interaccionan con componentes del hospedador, d) interfieren con las defensas de la planta y, e) causan enfermedades (patogenicidad). Asimismo, estamos interesados en los mecanismos subyacentes a la evolución del genoma vira/viroidal y a su epidemiología, para así comprender los factores genético-poblacionales responsables de la enorme variabilidad y adaptabilidad de virus y viroides.

Adicionalmente, pretendemos convertirnos en un referente internacional en el campo de la Virología de plantas y continuar aplicando las nuevas tecnologías "ómicas" para el estudio del ciclo biológico de patógenos virales, combinando esta aproximación con el uso de conceptos y herramientas procedentes de la Biología de Sistemas para el análisis eficiente de los datos "ómicos".

Grupos de investigación:

Biología Molecular de Patógenos Virales y Subvirales de Plantas. (C. Hernández)

Genómica Funcional y Biotecnología de RNAs no Codificantes. (M. De la Peña)

Biotecnología de Virus de Plantas (J.A. Darós)

Viroides: Estructura, Función y Evolución. (R. Flores)

Virología Molecular de Plantas (V. Pallás / J. Sánchez-Navarro) Virología Evolutiva y de Sistemas (S.F. Elena)

Redes de regulación de la Respuesta a Estrés mediada por RNA no codificantes (G. Gómez)

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The research in this Department is carried out by scientists with a wide range of interests related with

the molecular biology, evolution and interaction with the host of plant viruses and viroids. The ultimate goal is the design of novel and rationale control strategies for these infectious agents and the development of new tools derived from our investigations for use in Biotechnology.

We try to improve the understanding of how plant virus/viroids: (i) replicate, (ii) move throughout the

plant, (iii) interact with their hosts, (iv) interfere with host defences and, (v) cause diseases (pathogenesis). Our efforts are also focused on the study of the mechanisms underlying virus/viroid evolution and epidemiology, in order to gain knowledge on the forces driving the enormous genetic variability and adaptability that characterize virus/viroid populations.

In addition, we attempt to become an International Reference Department in the Plant Virology field.

Furthermore, we intent to continue with the application of “omic” technologies to plant virology studies and plan to start using Systems Biology concepts and tools to efficiently manage the vast amount of data derived from the “omic” approaches.

Research groups

Molecular Biology of Plant Viral and Subviral Pathogens (C. Hernández)

Functional Genomics and Biotechnology of Non-Coding RNAs (M. De la Peña)

Plant Virus Biotechnology (J.A. Darós / C. Romero)

Viroids: Structure, Function y Evolution (R. Flores)

Plant Molecular Virology (V. Pallás / J. Sánchez-Navarro)

Evolutionary Systems Virology (S.F. Elena)

Stress response mediated by nc-RNA regulatory networks (G. Gómez)

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VIROLOGÍA MOLECULAR Y EVOLOUTIVA DE PLANTAS

Fig. 1 Detección de virus mediante hibridación de improntas de tejido Fig. 1. Virus detection through tissue printing hybridization

Investigadores de Plantilla / Contracted Researhers Carmen Hernández (Científico Titular CSIC / Research Scientist CSIC) Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Marta Blanco Pérez Miryam Pérez Cañamás

Estudiante Trabajo Fin de Carrera / Final Year undergraduate Project Student Carlos Sánchez Soriano Estancia Prácticas / Student Traineeships Joaquín García Parra Mª Teresa Fernández Felipe Luis Alberto Macías Pérez Javier Centelles Lodeiro Alberto Fuster Pons

BIOLOGÍA MOLECULAR DE PATÓGENOS VIRALES Y SUBVIRALES DE PLANTAS El trabajo del grupo se dirige fundamentalmente al estudio de los factores que determinan la infección/acumulación de un virus en un huésped determinado. Como dicha acumulación será esencialmente el resultado del balance entre multiplicación viral y degradación, nuestra atención está centrada en los acontecimientos que influencian estos dos procesos. Concretamente, estamos priorizando el análisis de los mecanismos de replicación, transcripción y traducción de genomas virales así como de las estrategias desarrolladas por el patógeno para suprimir la respuesta defensiva del huésped basada en silenciamiento por RNA. Como modelos, estamos utilizando pequeños virus de RNA, pertenecientes a la familia Tombusviridae, que se caracterizan por poseer un genoma relativamente sencillo lo que facilita los abordajes experimentales. Líneas de investigación Identificación y caracterización de elementos

estructurales del RNA viral y de factores proteicos (virales/celulares) implicados en la regulación de los procesos de replicación, transcripción y/o traducción de virus.

Estudio de la función viral de supresión del

silenciamiento por RNA. Análisis de la posible interferencia de la infección

viral con rutas de silenciamiento del huésped.

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PLANT MOLECULAR AND EVOLUTIONARY VIROLOGY

Fig. 2 Análisis de la distribución subcelular de una proteína viral fusionada a una proteína fluorescente Fig. 2 Analysis of the subcellular distribution of a viral protein with a fluorescent tag

MOLECULAR BIOLOGY OF PLANT VIRAL AND SUBVIRAL PATHOGENS The Group of Molecular Biology of Viral and Subviral Plant Pathogens focuses its research activity on the study of factors that influence virus infection/accumulation in a given host. As such accumulation will essentially be the result of the balance among viral multiplication and degradation, we put our attention on the events that influence these two processes. Particularly, we prioritize the study of the replication, transcription and translation of virus genomes as well as the analysis of the viral suppression of host defense response based on RNA silencing. As models, we employ small RNA viruses (Tombusviridae) with a relatively simple genome organization in order to facilitate reverse genetic approaches. Research lines Identification and characterization of (local

and/or long-range) RNA elements within viral genomes that act as signals for modulating molecular events such as translation, replication and transcription of viral mRNAs. Identification and characterization of viral and host factors involved in these processes.

Study of RNA silencing suppression activities from viral genomes.

Analysis of the impact that virus infection produces on host RNA silencing pathways.

Cursos Courses

C. Hernández ‘Máster Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 2 Horas

Proyectos Projects

‘Analysis of a commensalist plant-virus interaction: study of viral accumulation determinants and inspection of potential host epigenetic changes owing to infection’ MICINN BFU2012-36095 Del 01/01/2013 al 31/12/2015 IP: C. Hernández


PÉREZ-CAÑAMÁS, M.; HERNÁNDEZ, C. (2015) Key importance of small RNA binding for the activity of a Glycine-Tryptophan (GW) motif-containing viral suppressor of RNA silencing. Journal of Biological Chemistry, 290(5): 3106-3120

SCHEETS, K.; JORDAN, R.; WHITE, K.A.; HERNÁNDEZ, C. (2015)

Pelarspovirus, a proposed new genus in the family Tombusviridae. Archives of Virology, 160(9): 2385-2393

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Marcos De la Peña (Científico Titular CSIC / Research Scientist CSIC) Investigadores Post-Doctorales / Post-Doctoral Researchers

Amelia Cevera Olagüe Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers

Denisse Urbina

GENÓMICA FUNCIONAL Y BIOTECNOLOGÍA DE RNAS NO CODIFICANTES El desarrollo reciente de técnicas genómicas y de secuenciación masiva está dando a conocer multitud de nuevas formas de regulación génica y genómica. Toda esta información apunta a un grado de complejidad superior en la Biología de eucariotas pluricelulares que hace replantearnos el concepto de gen así como la posible función de cada base del genoma. Dentro de esta revolución destaca especialmente el papel que la molécula de RNA desempeña en multitud de procesos biológicos, más allá del de mero intermediario de la información genética. En nuestro grupo estamos interesados en encontrar y caracterizar nuevas funciones biológicas para los RNAs no codificantes, centrándonos especialmente en sus propiedades catalíticas (ribozimas) y reguladoras (riboreguladores), así como en intentar dotar de utilidad Biotecnológica a las capacidades detectadas. En una segunda línea de trabajo, estudiamos el papel que juegan en la regulación de la expresión génica elementos tan frecuentes como los retrotransposones o las regiones intrónicas de los pre-mRNAs eucarióticos. Para todo ello, en el laboratorio utilizamos aproximaciones multidisciplinares que combinan la Bioinformática, Bioquímica y Biología Molecular y Estructural, empleando las plantas como sistema biológico experimental de referencia.


Fig. 1. Esquema de los análisis bioinformáticos utilizados en la búsqueda de nuevos dominios de RNA funcionales en genomas eucarióticos, en los que combinamos algoritmos de búsqueda de estructuras secundarias con búsquedas basadas en homología de secuencia. Fig. 1. Schematic representation of the bioinformatic analyses that we follow to look for new functional RNA domains in eukaryotic genomes, where we combine structure-based algorithms with homology-based searches.

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Fig. 2 Modelo para la estructura de una ribozima de cabeza de martillo Fig. 2 A three-dimensional model of the hammerhead ribozyme

FUNCTIONAL GENOMICS AND BIOTECHNOLOGY

OF NON-CODING RNAS

The recent advances in the genomic techniques and massive sequencing is unveiling a plethora of new forms of genetic and genomic regulation. All this information points to an extra level of complexity in the biology of multicellular eukaryotes, which raises even the concept of gene again or the possible functions of every genomic base pair. A paradigmatic case within this revolution is exemplified by the RNA and the new roles that this molecule plays in many biological processes. In our group, we are interested in finding and characterizing novel biological functions for non-coding RNAs, focusing especially on their catalytic (ribozymes) and regulatory (riboswitches) capabilities, and trying to derive them into Biotechnological applications. In a second line of research, we are studying the role that retrotransposons or intronic regions of eukaryotic pre-mRNAs play in the regulation of gene expression. For all this, in our laboratory we follow multidisciplinary approaches that combine Bioinformatics, Biochemistry and Molecular and Structural Biology, mainly using plants as experimental biological systems.

Proyectos Projects

‘ncRNAS Cataliticos en Genomas Eucarioticos: Origen, Evolucion y Funciones Biologicas MICINN BFU2014-56094-P Del 01/01/2015 al 31/12/2017. IP: M. De la Peña

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers José Antonio Daròs Arnau (Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Alberto Carbonell Olivares Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Eszter Majer Técnicos de Laboratorio / Technicians Laboratory Verónica Aragonés Blasco Mª Teresa Cordero Cucart Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students María Inmaculada Monzó Donat Trabajo Fin de Carrera / Final Year Undergraduate Project Student Joan Arias Soler Miguel Estruch Soler Visitantes / Visitors Francesco Di Serio Mohamed Ahmed Mosa Mohamed Gloria Martínez Llidó Arnau Puigvert Freixas Theresa Detering Alicia Victoria Perera Castro Alba Latorre Francés

BIOTECNOLOGÍA DE VIRUS DE PLANTAS

Nuestro grupo investiga las interacciones que a nivel molecular se establecen entre las plantas y algunos de sus patógenos, como son los virus y los viroides. Nos interesa entender los mecanismos moleculares y las redes de interacciones que permiten a estos patógenos expresar y replicar sus genomas, moverse de célula a célula y a larga distancia, y sortear los mecanismos defensivos de la planta huésped. Con nuestras investigaciones pretendemos avanzar en el conocimiento de conceptos básicos de la interacción planta-patógeno, diseñar estrategias biotecnológicas para la protección e innovación en los cultivos y desarrollar instrumentos biotecnológicos derivados de la biología de virus y viroides. Líneas de investigación: Determinación de las redes de interacción entre las

proteínas virales y las de la planta huésped durante la infección.

Desarrollo de vectores virales para expresar

proteínas en plantas. Ingeniería metabólica de plantas mediante vectores

virales. Desarrollo de vectores derivados de viroides para

producir RNA recombinante. Desarrollo de sistemas de seguimiento visual de la

infección viral en plantas.

Identificación de genes de resistencia a virus de

plantas.

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Expresión dirigida de la proteína verde fluorescente (GFP) a cloroplastos, núcleos o mitocondrias a través de un vector viral derivado del virus del grabado del tabaco (TEV). Expressing and targeting the green fluorescent protein (GFP) to chloroplasts, nuclei or mitochondria using a viral vector derived from tobacco etch virus (TEV).

PLANT VIRUS BIOTECHNOLOGY Our group researches the interactions that, at the molecular lever, are stablished between plants and some of their pathogens, such as viruses and viroids. We are interested in understanding the molecular mechanisms and the interaction networks that allow these pathogens to express and to replicate their genomes, to move cell-to-cell and long distance, and to circumvent the defensive mechanisms of host plants. With our research, we aim to gain insight into basic concepts of the plant-pathogen interaction, to design biotechnological strategies for crop protection and innovation, and to develop biotechnological devices derived from virus and viroid biology. Research lines: Establishing the protein interaction networks

between viruses and the host plant.

Development of viral vectors to express proteins in plants.

Plant metabolic engineering using viral vectors.

Development of viroid-derived vectors to

produce recombinant RNA.

Development of systems to visually track virus infection in plants.

Identification of plant virus resistance genes.


SHEN, S.; RODRIGO, G.; PRAKASH, S.; MAJER, E.; LANDRAIN, T.E.; KIROV, B.; DARÒS, J.A.; JARAMILLO, A. (2015) Dynamic signal processing by ribozyme-mediated RNA circuits to control gene expression. Nucleic Acids Research, 43(10): 5158-5170

DEBRECZENI, D.E.; LÓPEZ, C.; ARAMBURU, J.; DARÓS, J.A.; SOLER, S.;

GALIPIENSO, L.; FALK, B.W.; RUBIO, L. (2015) Complete sequence of three different biotypes of tomato spotted wilt virus (wild type, tomato Sw-5 resistance-breaking and pepper Tsw resistance-breaking) from Spain. Archives of Virology, 160(8): 2117-2123

RODRIGO, G.; MAJER, E.; PRAKASH, S.; DARÒS, J.A.; JARAMILLO, A.;

POYATOS, J.F. (2015) Exploring the Dynamics and Mutational Landscape of Riboregulation with a Minimal Synthetic Circuit in Living Cells. Biophysical Journal, 109(5): 1070-1076

MAJER, E.; NAVARRO, J.A.; DARÒS, J.A. (2015) A potyvirus vector

efficiently targets recombinant proteins to chloroplasts, mitochondria and nuclei in plant cells when expressed at the amino terminus of the polyprotein. Biotechnology journal, 10(11): 1792-1802

DAROS, JA (2015) Eggplant latent viroid: a friendly experimental system

in the family Avsunviroidae. Molecular Plant Pathology, DOI: 10.1111/mpp.12358

Proyectos Projects

‘Detección de patógenos y biocomputación mediante circuitos reguladores en plantas’ MINECO AGL2013-49919-EXP Del 01/09/2014 al 31/08/2016 IP: J.A. Daròs ‘Genome-wide analysis of RNA and protein interacting profiles during a plant virus infection’ Comisión Europea H2020-MSCA/0071 Duración: 01/05/2015 al 30/04/2017 IP: J.A. Darós ‘Instrumentos biotecnológicos derivados de virus de plantas’ MINECO BIO2014-54269-R Duración: 01/01/2015 al 31/12/2017 IP: J.A. Darós

Cursos Courses

J.A. Darós ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 4 Horas

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Escala descendente de tamaños genómicos. Los valores aproximados están expresados en pares de bases (de DNA), excepto para el fago MS2 y el viroide que están expresados en bases (de RNA). El tamaño genómico del Triticum aestivum (trigo) es una estimación. Flores, et al. Virus Research 209: 136-145 (2015). Descending scale of genomic size. Approximate values are expressed in DNA base pairs, except for the phage MS2 and viroid genomes that are expressed in RNA bases. The genome size of Triticum aestivum (wheat) is an estimate. Flores, et al. Virus Research 209: 136-145 (2015).

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Ricardo Flores Pedauyé (Profesor de investigación CSIC / Research Professor CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Sonia Delgado Villar Pedro Serra Alfonso Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Amparo López Carrasco

Ayudante de Investigación / Research Assistant Amparo Ahuir Roca

Visitantes / Visitors Francesco Di Serio Beatriz Navarro

VIROIDES: ESTRUCTURA, FUNCIÓN Y EVOLUCIÓN Objetivos científicos y metodologías El trabajo del grupo está dirigido esencialmente al estudio de los viroides, pequeños RNAs subvirales de plantas con un gran interés desde una perspectiva básica, pues son el peldaño más bajo de toda la escala biológica, como desde un punto de vista aplicado ya que inducen importantes enfermedades. En particular, estudiamos su estructura molecular, mecanismos de replicación (enzimas y ribozimas implicados), mecanismos de patogénesis y origen evolutivo. Parte de nuestros esfuerzos se dedican asimismo al estudio de un ribovirus de cítricos causante de una enfermedad (tristeza) de notable importancia económica, con particular énfasis en una proteína codificada por el genoma viral con la que se han asociado alguno de los síntomas característicos de esta enfermedad. Las metodologías empleadas son las de la Biología Molecular y Celular, así como las bioinformáticas. Colaboraciones internacionales El grupo mantiene colaboraciones con otros grupos internacionales, fundamentalmente europeos y más específicamente de Italia, así como nacionales, en particular de Valencia, con los que comparte proyectos de investigación.

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VIROIDS: STRUCTURE, FUNCTION AND

EVOLUTION

Scientific objectives and methodologies

Our research work is esentially focused on the study

of viroids, small subviral RNAs from plants having a

great interest from a basic perspective -they are the

lowest known step of the biological scale- as well as

from an applied point of view since they induce

important diseases. Particularly, we investigate their

molecular structure, mechanism of replication

(enzymes and ribozymes involved), mechanism of

pathogenesis, and evolutive origin. We are also

currently devoting efforts to the study of a citrus

ribovirus causing a disease (tristeza) of great

economic importance, with particular emphasis on a

protein encoded in the viral genome with wich some

some of the characteristic symptoms of this disease

have been associated. The methodologies employed

are those of Molecular and Cellular Biology, as well as

those from Bioinformatics.

International collaborations

The group mantains scientific links with international

groups essentially from Europe, and with national

groups, particularly from the Valencian area, sharing

research projects with them.


MINOIA, S.; NAVARRO, B.; DELGADO, S.; DI SERIO, F.; FLORES, R. (2015) Viroid RNA turnover: Characterization of the subgenomic RNAs of potato spindle tuber viroid accumulating in infected tissues provides insights into decay pathways operating in vivo. Nucleic Acids Research, 43(4): 2313-2325

FLORES, R.; MINOIA, S.; CARBONELL, A.; GISEL, A.; DELGADO, S.; LÓPEZ-

CARRASCO, A.; NAVARRO, B.; DI SERIO, F. (2015) Viroids, the simplest RNA replicons: How they manipulate their hosts for being propagated and how their hosts react for containing the infection. Virus Research, 209: 136-145

VERHOEVEN, J.TH.J.; ROENHORST, J.W.; HOOFTMAN, M.; MEEKES, E.T.M.;

FLORES, R.; SERRA, P. (2015) A pospiviroid from symptomless portulaca plants closely related to iresine viroid 1. Virus Research, 205: 22-26

SOLER, N.; FAGOAGA, C.; LÓPEZ, C.; MORENO, P.; NAVARRO, L.; FLORES,

R.; PEÑA, L. (2015) Symptoms induced by transgenic expression of p23 from Citrus tristeza virus in phloem-associated cells of Mexican lime mimic virus infection without the aberrations accompanying constitutive expression. Molecular Plant Pathology, 16(4): 388-399

Cursos Courses

R. Flores ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 20 Horas

Proyectos Projects

‘Viroides, los parásitos extremos: evolución espacio-temporal, patogénesis mediada por silenciamiento vía RNA, y degradación’ MICINN BFU2014-56812-P Del 01/01/2015 al 31/12/2017 IP: R. Flores


Sofía Minoia ‘Degradación in vivo de un viroide de replicación nuclear: rutas catalizadas por proteínas Argonauta cargadas con pequeños RNAs viroidales y por otras ribonucleasas que generan RNAs subgenómicos’ Directores: R. Flores / B. Navarro / F. Di Serio

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Vicente Pallás (Profesor de Investigación CSIC / Research Professor CSIC) Jesús A. Sanchez-Navarro (Científico Titular CSIC / Research Scientist CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Frederic Aparicio Herrero M Carmen Herranz Gordo Jose A. Navarro Bohigues Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Mayte Castellano Mireya Martínez Pérez Técnicos Superiores Especializados / Senior Technical Specialist Lorena Corachan Valencia

Estudiante Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Studient Micaela Landeira González

Visitantes / Visitors

Christofer Norman Cooper Rodolfo De La Torre

VIROLOGÍA MOLECULAR DE PLANTAS Un gran número de evidencias han puesto de manifiesto que los virus y viroides usurpan rutas y factores celulares para llevar a cabo su ciclo infectivo. Nuestro Grupo de investigación aborda el estudio del tráfico intra- e inter-celular de virus de interés agronómico, especialmente carmovirus que afectan a cucurbitáceas e ilarvirus de frutales de hueso. En este punto abordamos el estudio de las rutas y/o factores del huésped que los virus usurpan para, desde los sitios de síntesis, alcanzar los plasmodesmos e invadir las células contiguas. Además, se estudia el transporte vascular tanto de virus y de viroides tratando de identificar factores celulares asi como las interacciones RNA-proteína que faciliten dicha traslocación. Por último, en ambas clases de fitopatógenos se pretende abordar el estudio de los mecanismos por los cuales desencadenan un proceso patogénico en sus huéspedes respectivos, con especial interés en el fenómeno de silenciamiento de RNA. Todos estos estudios van encaminados a poder diseñar estrategias antivirales que permitan modular o impedir el desarrollo de la enfermedad. Por último, el conocimiento de todos estos procesos es de especial interés para conocer cómo las plantas coordinan las funciones fisiológicas esenciales acometidas por órganos separados físicamente, un aspecto que puede tener consecuencias biotecnológicas importantes y un gran impacto en la producción y calidad nutritiva.

Modelo para el transporte intracelular dependiente de Golgi para la proteína p7B del virus MNSV (Serra-Soriano et al. PLant J, 2014). Model for the Golgi-dependent melon necrotic spot virus (MNSV) p7B intracellular transport (Serra-Soriano et al. PLant J, 2014).

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PLANT MOLECULAR VIROLOGY A large body of evidence has revealed that plant viruses and viroids hijack routes and cell hosts to accomplish their infectious cycle. Our Research Groups addresses the study of the intra- and intercellular movement of viruses and viroids in their susceptible host plants, with special emphasis to carmoviruses affecting cucurbits and ilarviruses and viroids affecting stone fruits. Regarding this issue our Group addresses the study of the routes and/or host factors that plant viruses and viroids usurp to, from the synthesis sites, reach the plasmodesmata and invade neighbor cells. In addition, we study the vascular transport of plant viruses and viroids by trying to identify host factors and RNA-protein ineteractions required for that translocation. Finally, for both types of pathosystems we study how these different phytopathogens cause the pathogenic process in their respective hosts, especially those derived from the RNA silencing mechanism. All these studies have the final goal to try to design antiviral strategies that allow modulating or inhibiting the progress of the disease. The knowledge of all these concepts is of especial relevance to understand how plants coordinate the essential physiological functions performed by distantly separated organs, an issue that can have important biotechnological consequences and a great impact in food production and nutritional quality.

PALLÁS, V. (2015) 100 Años de Bacteriofagos. Virología, 18(3): 3 - 6 CASTELLANO, M.; MARTINEZ, G.; PALLÁS, V.; GÓMEZ, G. (2015)

Alterations in host DNA methylation in response to constitutive expression of Hop stunt viroid RNA in Nicotiana benthamiana plants. Plant Pathology, 64(5): 1247-1257

DE LA TORRE-ALMARÁZ, R.; PALLÁS, V.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A. (2015) First report of carnation mottle virus (carmv) and carnation etched ring virus (cerv) in carnation from Mexico. Plant Disease, 99(8): 1191

DE LA TORRE-ALMARÁZ, R.; PALLÁS, V.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A.

(2015) First report of peach latent mosaic viroid in peach trees from Mexico. Plant Disease, 99: 899

CUETO-GINZO, A.I.; APARICIOI, F.; ACHÓN, M.A.; PALLÁS, V.; ARCAL, L.; LADE, S.; MEDINA, V. (2015) Characterization of a new Spanish Potato virus X strain inducing symptoms in Tomato. Journal of Plant Pathology, 97(2): 369-372

SERRA-SORIANO, M.; NAVARRO, J.A.; GENOVES, A.; PALLÁS, V. (2015) Comparative proteomic analysis of melon phloem exudates in response to viral infection. Journal of Proteomics, 124: 11-24

GARCÍA, J.A.; PALLÁS, V. (2015) Viral factors involved in plant pathogenesis. Current opinion in virology, 11: 21-30

LEASTRO, M.O.; PALLÁS, V.; RESENDE, R.O.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A. (2015) The movement proteins (NSm) of distinct tospoviruses peripherally associate with cellular membranes and interact with homologous and heterologous NSm and nucleocapsid proteins. Virology, 478: 39-49



HERRANZ, M.C.; NAVARRO, J.A.; SOMMEN, E.; PALLAS, V. (2015) Comparative analysis among the small RNA populations of source, sink and conductive tissues in two different plant-virus pathosystems. BMC Genomics, 16: 117

ZAMORA-MACORRA, E.J.; OCHOA-MARTÍNEZ, D.L.; VALDOVINOS-

PONCE, G.; ROJAS-MARTÍNEZ, R.; RAMÍREZ-ROJAS, S.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A.; PALLÁS, V.; APARICIO, F. (2015) Simultaneous detection of Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, Pepino mosaic virus and Mexican papita viroid by non-radioactive molecular hybridization using a unique polyprobe. European Journal of Plant Pathology, 143(4): 779-787

Proyectos Projects

Cursos Courses

Pallás, V. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 20 Horas J.A. Sánchez-Navarro ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 2 Horas

‘Interacciones RNA-proteina y proteina-proteina en procesos de desarrollo y patogenesis mediados por virus y agentes subvirales en cultivos de interés Agronomico. GVA PROMETEO/2015/010 Del 01/01/2015 al 31/12/2018 IP: V. Pallás ‘Interacciones entre factores virales y del huesped implicados en los procesos de movimiento y patogenesis en cultivos de interes agronómico’ MINECO BIO 2014-54862-R Del 01/01/2015 al 31/12/2017 IP: V. Pallás

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FRÍGOLS, B.; QUILES-PUCHALT, N.; MIR-SANCHIS, I.; DONDERIS, J.; ELENA, S.F.; BUCKLING, A.; NOVICK, R.P.; MARINA, A.; PENADÉS, J.R. (2015) Virus Satellites Drive Viral Evolution and Ecology. PLoS Genetics, 11(10): e1005609

BERNET, G.P.; ELENA, S.F. (2015) Distribution of mutational fitness effects and of epistasis in the 5' untranslated region of a plant RNA virus.

BMC Evolutionary Biology, 15: 274 LALIC, J.; ELENA, S.F. (2015) The impact of high-order epistasis in the within-host fitness of a positive-sense plant RNA virus. Journal of

Evolutionary Biology, 28(12): 2236-2247 ELENA, S.F.; PYBUS, O.G. (2015) A home for virology, ecology, epidemiology, and evolutionary biology. Virus Evolution, 1: 1-3 BEDHOMME, S.; HILLUNG, J.; ELENA, S.F. (2015) Emerging viruses: Why they are not jacks of all trades? Current opinion in virology, 10: 1-6

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Santiago F. Elena Fito (Profesor de Investigación CSIC / Research Professor CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Susana Martín Guillermo P. Bernet Zamanillo José L. Carrasco Jiménez Beilei Wu Fernando Martínez García Silvia Ambrós Palaguerri Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Julia Hillung Anouk Willemsen Héctor Cervera Benet Rebeca Navarro Canales Anel Nurtai Técnicos Especialista Grado Medio / Intermediate Technical Specialist Francisca de la Iglesia Jordán

Técnico Superior Actividades Técnicas y Profesionales / Senior Technical Specialist Paula Agudo Comas

Estudiante Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Studient Rubén González

VIROLOGÍA EVOLUTIVA Y DE SISTEMAS Trabajamos en la intersección entre la biología evolutiva y la virología. En general, nuestros intereses científicos se centran en el estudio de los mecanismos que generan y mantienen la variabilidad genética de los virus de RNA y como éstos se adaptan a sus huéspedes. Nuestra aproximación al problema es multidisciplinar: evolución experimental, modelización matemática, y epidemiología molecular. Solo mencionar algunos de los temas en los que ahora trabajamos: 1. Caracterización de las propiedades estadísticas de las distribuciones de efectos mutacionales sobre eficacia y virulencia. Efecto del fondo genético (epistasias) y de la especie de huésped (norma de reacción) sobre estas distribuciones. 2. Efecto de heterogeneidad en la respuesta a la infección en la composición de la población viral. 3. Genética evolutiva del proceso de adaptación de los virus emergentes a sus nuevos huéspedes, así como el papel de los compromisos en eficacia en la evolución de la gama de huéspedes. 4. Una aproximación de biología de sistemas evolutiva a las interacciones moleculares entre la célula huésped y el virus. Combinando técnicas ómicas y teoría de redes complejas estamos explorando como las pocas proteínas virales perturban las complejas redes regulatorias y bioquímicas de la célula huésped, dando como resultado la enfermedad. 5. Interacción entre robustez genética y evolucionabilidad. ¿Cuáles son las ventajas a corto y largo plazo de la robustez genética para organismos tan mutables como los virus de RNA? 6. Determinar la topografía de los paisajes adaptativos y su dependencia con la especie huésped. 7. La evolución de la complejidad genómica en virus de RNA. Estamos particularmente interesados en la adquisición de nuevos genes, la perdida de genes innecesarios y la evolución de nuevas arquitecturas genéticas (e.g., segmentación). 8. La supresión del silenciamiento del RNA como una estrategia viral para desmontar defensas de la planta. Estamos evaluando la durabilidad de resistencias basadas en la expresión transgénica de microRNAs artificiales diseñados para tener como diana el genoma viral. 9. En colaboración con otros grupos, estamos realizando estudios de epidemiología molecular y filogeografía para distintos virus agronómicamente importantes (e.g., tristeza de los cítricos, mosaic del pepino dulce o enanismo del trigo).

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EVOLUTIONARY SYSTEMS VIROLOGY We work in the multidisciplinary edge between evolutionary biology and virology. In general, our scientific interests are related with the mechanisms that generate and maintain the genetic variability of RNA viruses and how they adapt to their hosts. Our approach to the problem is multidisciplinary: experimental evolution, mathematical modelling, and molecular epidemiology. Just to mention some of the topics we are working now: 1. Characterizing the statistical properties of the distributions of mutational effects on fitness and virulence. Effect of genetic background (epistasis) and host species (norm of reaction) on these distributions. 2. Effect of host genetic heterogeneity in susceptibility to infection in the composition of viral populations. 3. Evolutionary genetics of adaptation to their naïve hosts of new emerging viruses and the role of fitness trade-offs on the evolution of host range. 4. An evolutionary systems biology approach to the molecular interactions between host cell and virus. Combining omic techniques with complex networks theory we are trying to understand how the few viral proteins are perturbing the host complex networks of regulatory and biochemical interactions, resulting in disease. 5. Interplay between genetic robustness and evolvability. What are the short-and long-term advantages of genetic robustness for highly mutable RNA viruses? 6. Determining the topography of virus’ adaptive fitness landscapes and their dependence on host species. 7. The evolution of genome complexity in RNA viruses. We are particularly interested in the acquisition of new genes, the removal of unnecessary genes and the evolution of new genetic architectures (e.g., segmented genomes). 8. The suppression of RNA silencing as a viral strategy to overcome plant defences. We are evaluating the durability of resistances based on the transgenic expression of artificial microRNAs designed to target viral genomes. 9. As a result of collaborations, we are doing molecular epidemiology and phylogeographic studies for several agronomically important viruses (e.g., citrus tristeza, pepino mosaic, or wheat dwarf viruses).

MUSHEGIAN, A.R.; ELENA, S.F. (2015) Evolution of plant virus movement proteins from the 30K superfamily and of their homologs integrated in plant genomes. Virology, 476: 304-315

ZWART, M.P.; ELENA, S.F. (2015) Matters of size: genetic bottlenecks in

virus infection and their potential impact on evolution. Annual Review of Virology, 2: 161-179

ZWART, M.P.; ELENA, S.F. (2015) Testing the independent action

hypothesis of plant pathogen mode of action: A simple and powerful new approach. Phytopathology, 105: 18-25

WU, B.; SHANG, X.; SCHUBERT, J.; HABEKUß, A.; ELENA, S.F.; WANG, X.

(2015) Global-scale computational analysis of genomic sequences reveals the recombination pattern and coevolution dynamics of cereal-infecting geminiviruses. Scientific Reports, 5: 8153

JANZAC, B.; WILLEMSEN, A.; CUEVAS, J.M.; GLAIS, L.; TRIBODET, M.;

VERRIER, J.-L.; ELENA, S.F.; JACQUOT, E. (2015) Brazilian Potato virus Y isolates identified as members of a new clade facilitate the reconstruction of evolutionary traits within this species. Plant Pathology, 64(4): 799-807

MINICKA, J.; RYMELSKA, N.; ELENA, S.F.; CZERWONIEC, A.; HASIÓW-

JAROSZEWSKA, B. (2015) Molecular evolution of Pepino mosaic virus during long-term passaging in different hosts and its impact on virus virulence. Annals of Applied Biology, 166(3): 389-401

CUEVAS, J.M.; WILLEMSEN, A.; HILLUNG, J.; ZWART, M.P.; ELENA, S.F.

(2015) Temporal dynamics of intrahost molecular evolution for a plant RNA virus. Molecular Biology and Evolution, 32(5): 1132-1147


GALIPIENSO, L.; MARTÍNEZ, C.; WILLEMSEN, A.; ALFARO-FÉRNANDEZ, A.; AMBROSIO, I.F.-S.; DAVINO, S.; RUBIO, L. (2015) Genetic variability and evolutionary analysis of parietaria mottle virus: role of selection and genetic exchange. Archives of Virology, 160(10): 2611-2616

SANCHEZ, F.; MANRIQUE, P.; MANSILLA, C.; LUNELLO, P.; WANG, X.;

RODRIGO, G.; LOPEZ-GONZALEZ, S.; JENNER, C.; GONZALEZ-MELENDI, P.; ELENA, S.F.; WALSH, J.; PONZ, F. (2015) Viral strain-specific differential alterations in arabidopsis developmental patterns. Molecular Plant-Microbe Interactions, 28(12): 1304-1315

HILLUNG, J.; CUEVAS, J.M.; ELENA, S.F. (2015) Evaluating the

within-host fitness effects of mutations fixed during virus adaptation to different ecotypes of a new host. Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences, 370(1675)


Julia Hillung ‘La emergencia viral como consecuencia de la interacción entre las variabilidades genéticas del virus y huésped’ Dirctores: S.F. Elena / J.M. Cuevas

Proyectos Projects

‘Evolution of evolution – EvoEvo’ Comisión Europea -FP7 Del 01/11/2013 al 31/10/2017 IP: S.F. Elena ‘Evolutionary Systems Virology: epistasis and the ruggedness of adaptive landscapes, mutations inregulatory sequences, and the host determinants of viral fitness’ MINECO BFU2012-30805 Del 01/01/2013 al 31/12/2015 IP: S.F. Elena ‘Comparative systems biology of host-virus interactions’ GVA PROMETEOII/2014/021 Del 01/01/2015 al 31/12/2015 IP: S.F: Elena ‘Dinámicas de poblaciones de virus de RNA a escala de células individuales’ MINECO EUIN2015-62632 Duración: 01/01/2015 al 31/12/2015 IP: S.F. Elena

Capítulo de Libro Book Chapters

S.F. Elena (2015) ‘Tracking the population dynamics of plant virus escape mutants’ IN ‘Trends in Mathematics: Research Perspectives CRM Barcelona Workshop on Virus Dynamics and Evolution’ Editorial: Springer-Birkhäusen Basel Pp:101-105

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Gustavo Gómez (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Mª Carmen Marqués Romero Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Antonio Bustamante Gonzalez Alejandro Sanz Carbonell Manuel Gorritz

Estudiante Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students Wilson David Dávila Andrés Sanz Pablo Estevez

REDES DE REGULACIÓN DE LA RESPUESTA A ESTRES

MEDIADA POR RNA NO CODIFICANTES

Ante una situación de estrés, se desencadena en la planta una respuesta específica que se traduce en adaptación a la condición adversa. Como consecuencia de este proceso de búsqueda de homeostasis la planta suele comprometer su desarrollo, lo que en las especies agrícolas se traduce en un significativo descenso en la producción. Por esta razón, la caracterización de los mecanismos que regulan la repuesta a estrés, ha sido objetivo prioritario de aquellos planes de mejora que pretendían proteger a un determinado cultivo frente acondiciones ambientales adversas. Sin embargo, en un futuro próximo y, condicionada por los efectos del cambio climático la agricultura extensiva se enfrentará a situaciones continuas de estrés múltiple, lo que limitará drásticamente su desarrollo. Ante este nuevo escenario ambiental ha surgido la necesidad de implementar estrategias innovadoras que combinan transcriptómica, proteómica y metabolómica en un intento de comprender los mecanismos que se desencadenan en la planta expuesta a estrés. Sin embargo, por regla general, estas aproximaciones excluyen las alteraciones producidos a nivel de los RNAs no codificantes, a pesar de que son cada vez más las evidencias que sugieren para ellos un rol preponderante en los procesos biológicos. Se ha propuesto que en plantas los ncRNAs estarían implicados en funciones tales como regulación del desarrollo y en procesos de respuesta al estrés. No obstante, se desconocen la gran mayoría de los mecanismos funcionales de estos ncRNAs o los potenciales ¨targets¨ de su actividad. Nuestro investigación esta centrada en caracterizar las alteraciones en los niveles de acumulación de ncRNAs en cucurbitáceas (melón (C. Melo) y pepino (C. sativus)) sometidas a condiciones adversas e inferir su posible implicación en los procesos moleculares que regulan la repuesta a estrés. Resultados recientes obtenidos en nuestro laboratorio permiten suponer que alteraciones a nivel epigenético, relacionadas con la metilación del DNA, pueden estar relacionadas con la repuesta a estrés biótico. Este conocimiento, combinado con aproximaciones bioinformáticas integradas en modelos reguladores inferidos a partir de biología de sistemas posibilitará el desarrollo de herramientas biotecnológicas que permitirán potenciar la tolerancia de cultivos a situaciones de estrés múltiple. También llevamos adelante una línea de investigación complementaria que tiene como objetivo el estudio de los mecanismos reguladores de la planta que pudiesen resultar alterados durante el proceso de patogénesis inducido por infecciones viroidales. Los viroides son un tipo especial de patógeno sub-viral compuesto por una cadena de RNA simple incapaz de codificar proteínas. El objetivo principal d esta línea es optimizar el uso de viroides como sondas moleculares para el estudio de mecanismos de regulación en plantas controlados por long non coding RNAs.

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STRESS RESPONSE MEDIATED BY NC-RNA

REGULATORY NETWORKS

In natural conditions, in plants exposed to stress are triggered diverse responses resulting in adaptation to adverse conditions. These environmental conditions are major limiting factors for development and productivity in agricultural species. For this reason, the molecular basis of the mechanisms that regulate the response to stress has been extensively studied. Current and predicted climatic conditions, consequence of climate change effects, pose a serious challenge for extensive agricultural production in the near future. Conditioned by this new environmental scenario has been a need to implement innovative strategies that combine ¨Omics¨ approaches in an attempt to understand the mechanisms that are triggered in the plant exposed to multiple stresses. However, commonly, these approaches exclude the changes produced at the level of non-coding RNAs, although increasingly evidence suggests to them a major role in biological processes. It is proposed that in plants the ncRNAs would be involved in functions such as development and stress response. However, in general the functional mechanisms controlling the regulatory bases of these ncRNAs are currently unknown. Based on this background our research is focused on the analysis of the changes in the accumulation levels of ncRNAs in cucurbits exposed to adverse conditions in order to identify and characterize the regulatory networks mediated by non-coding RNAs involved in the modulation of plant-response to multiple stresses. Recent results obtained in our group, support that epigenetic changes associated to DNA methylation could be related to response to biotic stress. For this work, we use as experimental model Cucurbitaceas, mainly Cucumis sativus and Cucumis melo plants. This knowledge, combined with approximations bioinformatics integrated in regulatory models inferred from systems biology will enable development of biotechnological tools that will enhance the tolerance of crops to stress multiple. This knowledge, combined with approximations bioinformatics integrated regulatory models inferred from systems biology will enable development of biotechnological tools that will enhance the tolerance of crops to stress multiple. For this work, we use as experimental model Cucurbitaceas, mainly Cucumis sativus and Cucumis melo plants. This knowledge, combined with approximations bioinformatics integrated in regulatory models inferred from systems biology will enable development of biotechnological tools that will enhance the tolerance of crops to stress multiple. We also maintain complementary research linen focused on deciphering the molecular basis of the plant regulatory networks altered during pathogenesis process associated to viroid infections. The viroids are a special type of sub-viral plant-pathogens composed by a single non-coding RNA molecule able to infect a significant number of hosts. The main objective of this line is optimizing the use of the viroids as molecular probes to contribute to decipher the regulatory mechanisms controlled by nc-RNAs in plants.

Proyectos Projects ‘Diagnostico de enfermedades virales y sub-virales en Imbabura – Ecuador’ SENECYT Del 1/06/2014 al 30/12/2015 IP: G. Gómez ‘Characterization of the plant-stres response mediated by ncRNAs in cucurbits’ MINECO AGL2013-47886-R Del 01/01/2014 al 31/12/2016 IP: G. Gómez ‘Identificación y caracterización de miRNAs específicamente expresados en plantas de melón expuestas a estrés biótico y abiótico’ 201540I003 Duración: Del 01/10/2015 al 30/09/2016 IP: G. Gómez ‘Optimización para uso a escala industrial de un sistema para la expresión selectiva de compuestos heterólogos en cloroplastos mediado por non-coding RNAs’ MINECO BIO2014-61826-EXP Duración: Desde el 01/09/2015 hasta el 31/08/2017 IP: G. Gómez

Publicaciones Publications CASTELLANO, M.; MARTINEZ, G.; PALLÁS, V.; GÓMEZ, G. (2015)

Alterations in host DNA methylation in response to constitutive expression of Hop stunt viroid RNA in Nicotiana benthamiana plants. Plant Pathology, 64(5): 1247-1257

Cursos Courses Gómez, G. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 8 Horas

MEMORIA 2012 - ibmcp.csic.es · Proyectos Cofinanciados por el ... presentación por parte Gregor...

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