Caracterización de los efectos de la serotonina sobre la arquitectura de la raíz y la respuesta a auxinas en Arabidopsis thaliana

Abstract

Serotonin acts as a neurotransmitter in mammals by regulating different hormonal and physiological processes. In plants, this compound has a wide distribution, having been quantified in different tissues and growth conditions. Serotonin is synthesized from the amino acid tryptophan and shows structural similarity with indole-3-acetic acid (AIA), which is the main auxin described in the plant kingdom. However, unlike AIA, little is known about the role of serotonin in morphogenesis processes. In this work the effects of serotonin on the growth and development of Arabidopsis thaliana seedlings were characterized. Gas chromatography analysis coupled to mass spectrometry (GC-MS) showed that plants are able to capture serotonin from the growth medium, which coincided with a stimulation in the development of lateral roots when treatments of up to 150 μM. In contrast, higher concentrations of serotonin suppressed the growth of the lateral roots, the primary root and the development of root hairs, but stimulated the formation of adventitious roots. To investigate the role of serotonin in the modulation of auxin responses, experiments were conducted using transgenic Arabidopsis lines expressing auxin-inducible markers DR5: uidA, BA3: uidA and HS :: AXR3NT-GUS, as well as mutants affected in the AUX1, AXR1, AXR2 and AXR4 loci. It was found that serotonin strongly inhibits the expression of DR5 markers: uidA and BA3: uidA in the primary root, in the adventitious roots and in the primordia of the lateral roots. This compound showed antagonism in the expression of genes regulated by auxins under treatments with AIA and naphthalenacetic acid (ANA), two auxins that regulate the architecture of the root.

La serotonina actúa como un neurotransmisor en los mamíferos regulando diferentes procesos hormonales y fisiológicos. En las plantas, este compuesto presenta una amplia distribución, habiéndose cuantificado en diferentes tejidos y condiciones de crecimiento. La serotonina se sintetiza a partir del aminoácido triptófano y muestra similitud estructural con el ácido indol-3-acético (AIA), que es la principal auxina descrita en el reino vegetal. Sin embargo, a diferencia del AIA, se conoce poco sobre el papel de la serotonina sobre los procesos de morfogénesis. En este trabajo se caracterizaron los efectos de la serotonina sobre el crecimiento y el desarrollo de plántulas de Arabidopsis thaliana. El análisis por cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas (GC-MS) mostró que las plantas son capaces de captar la serotonina del medio de crecimiento, lo cual coincidió con una estimulación en el desarrollo de las raíces laterales cuando se aplicaron tratamientos de hasta 150 μM. En contraste, concentraciones mayores de serotonina reprimieron el crecimiento de las raíces laterales, de la raíz primaria y el desarrollo de los pelos radiculares, pero estimularon la formación de raíces adventicias. Para investigar el papel de la serotonina en la modulación de las respuestas a auxinas, se realizaron experimentos utilizando líneas transgénicas de Arabidopsis que expresan los marcadores inducibles por auxinas DR5:uidA, BA3:uidA y HS::AXR3NT-GUS, así como las mutantes afectadas en los loci AUX1, AXR1, AXR2 y AXR4. Se encontró que la serotonina inhibe fuertemente la expresión de los marcadores DR5:uidA y BA3:uidA en la raíz primaria, en las raíces adventicias y en los primordios de las raíces laterales. Este compuesto mostró antagonismo en la expresión de genes regulados por auxinas bajo tratamientos con el AIA y el ácido naftalenacético (ANA), dos auxinas que regulan la arquitectura de la raíz.