Análisis del transcriptoma de las raíces de la hiedra Hederá hélix: una planta trepadora que produce nanopartículas

Abstract

English ivy (Hedera helix), a root climber, is an evergreen, woody and fast growing plant that is able to affix on a wide range of surfaces. In this attachment process, ivy uses adventitious roots developed from the stem to affix to the surface with a great force. The adventitious roots of H. helix secrete a viscous substance, which has been reported to contain nanoparticles, suggesting that they could play an important role in the adhesion phenomenon. For this reason, adventitious root formation and root specialization in H. helix represent an interesting model of study. Here we describe the establishment of an “in vitro” propagation system for H. helix under several growing conditions and we detail aspects of the origin and development of both adventitious and terrestrial roots of this plant, showing noteworthy morphological differences at root hair structure. This study also reports transcriptome sequencing and analysis at different developmental stages of adventitious roots, providing evidence of genes involved in processes related to formation and modification of primary and secondary cell walls, lignification, development and cellular differentiation of root hairs, formation of reactive oxygen species, oxidative stress, and hormone response. Interesting metabolic pathways related to cell wall modification and its lignification showed a gradual induction at the late developmental stages of adventitious roots.

La hiedra (Hedera helix), es una planta trepadora perenne de tallo leñoso y rápido crecimiento capaz de adherirse a una gran cantidad de superficies. Este mecanismo de adhesión desarrollado por la planta, se lleva a cabo a través de sus raíces adventicias, las cuales emergen del tallo permitiéndole a la planta unirse al sustrato con una gran fuerza. Las raíces adventicias de la hiedra secretan una sustancia viscosa la cual se ha reportado contiene nanopartículas, sugiriendo que son éstas las responsables del fenómeno de adherencia, por lo que la formación de las raíces adventicias en la hiedra y su especialización representa un fenómeno interesante de estudio. El presente trabajo describe el establecimiento de distintos sistemas para el enraizamiento, la propagación y el crecimiento de H. helix bajo diversas condiciones; así como el estudio comparativo a nivel tisular del origen y desarrollo de las raíces adventicias y terrestres, demostrando que existen diferencias morfológicas en la estructura de los pelos radicales en ambos tipos de raíces. Adicionalmente, la secuenciación y el análisis del transcriptoma durante distintas etapas de desarrollo de las raíces adventicias provee evidencia de genes involucrados en los procesos de formación y modificación de la pared celular primaria y secundaria, lignificación, desarrollo y diferenciación celular de los pelos radicales, formación de especies reactivas de oxígeno y estrés oxidativo, y respuesta a hormonas. Interesantes rutas metabólicas ligadas a la modificación estructural de la pared celular y su lignificación exhibieron de forma general una inducción gradual hacia las etapas tardías de desarrollo de las raíces adventicias.