Bioactividad y mecanismos de acción de la melatonina y serotonina en la regulación de la arquitectura de la raíz de Arabidopsis thaliana

Abstract

Serotonin and melatonin are two indolaminas widely distributed inplants, well-known due to their function as neurotransmitters in mammals. Since they share structural similarity with indole-3-acetic acid (IAA), early works suggested a possible auxin activity for both compounds. In a previous report from our research group, the serotonin effects on growth and development of Arabidopsis seedlings and its relationship with the auxin signaling pathway was characterized. It was found that serotonin regulates different root development processes acting as an inhibitor of auxin response. To determine if melatonin also could be able to regulate plants growth and development in a similar way to serotonin or if it can act as an auxin, we evaluated its effects on root system architecture. In contrast to serotonin, which represses primary root growth, lateral root formation and root hair development in high concentrations, melatonin had the opposite effect promoting lateral and adventitious root formation without affecting primary root growth, and minimally affecting root hair development. These data indicate that the two indolemines affect root morphogenesis in a different and contrasting manner. To investigate the role of auxins in mediating the development responses induced by melatonin, we used the transgenic lines DR5:uidA, BA3:uidA and HS:AXR3NT-GUS as auxin markers, we found that melatonin does not affect the expression of these markers and their effects on plants development are specific and independent of auxin responses.

La serotonina y melatonina son dos indolaminas con amplia distribución en las plantas mejor conocidas por su funcionamiento como neurotransmisores en mamíferos. Debido a su similitud estructural con el ácido indol acético (AIA), algunos trabajos pioneros habían sugerido una posible actividad similar a las auxinas para ambos compuestos. En un reporte de nuestro grupo de trabajo en el que se caracterizaron los efectos de la serotonina sobre el crecimiento y desarrollo de plantas de Arabidopsis thaliana y su relación con la vía auxínica, se encontró que la serotonina regula diferentes procesos del desarrollo de la raíz actuando como un inhibidor de la respuesta a las auxinas. La presente investigación se realizó para determinar si la melatonina también tiene la capacidad de regular procesos del crecimiento y desarrollo de las plantas de manera similar a la serotonina o si puede actuar como una auxina, caracterizando sus efectos sobre la arquitectura del sistema radicular. A diferencia de lo observado con serotonina, la cual en altas concentraciones presenta efectos represores sobre el crecimiento de la raíz primaria, la formación de raíces laterales y en el desarrollo de pelos radiculares, la melatonina promovió la formación de raíces laterales y adventicias sin afectar de manera importante el crecimiento de la raíz primaria y solo mínimamente inhibió el desarrollo de los pelos radiculares. Para profundizar sobre el papel de las auxinas en mediar las respuestas del desarrollo inducidas por la melatonina, se usaron las líneas transgénicas DR5: uidA, BA3: uidA y HS: AXR3NT–GUS como marcadores de la respuesta auxínica, encontrándose que la melatonina no afecta la expresión de dichos marcadores y que sus efectos de regular el desarrollo de las plantas ocurren de manera específica e independiente de la respuesta auxínica.