INSTITUTO DE BIOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR DE PLANTAS · Regulación de la Señalización y el...

INSTITUTO DE BIOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR DE PLANTAS

“EDUARDO PRIMO YÚFERA”

MEMORIA 2013

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]

Presentación 5

Estructura y Personal 9

Organigrama 11 Dirección 13 Junta de Instituto 13

Servicios Generales 14 Servicios Científicos – Técnicos 18 Líneas y Sublíneas de Investigación 21

Indicadores de Progreso IBMCP 23 Personal 24 Publicaciones 25 Tésis 36 Estancias Internacionales 37

Financiación 37 Máster IBMCP 38 Seminarios IBMCP 39 Actividades de Divulgación 40

Memoria Líneas y Grupos de Investigación 42 Desarrollo y Acción Hormonal en Plantas Desarrollo Reproductivo 44 Regulación de la Señalización y el Metabolismo de Hormonas 52

Biotecnología y Mejora Vegetal de Especies Cultivadas 68 Mecanismos de la Respuesta al Estrés en Plantas Estrés Abiótico 78 Señalización y Respuesta al Estrés Biótico 94 Virología Molecular y Evolutiva de Plantas 98

Memoria 2013

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2013, declarado ‘Año internacional de la Cooperación en la esfera del agua’ nos ha dejado un sinfín de efemérides tanto de carácter científico como social. En este año en el que ahora hacemos un repaso de cómo nos ha ido en la investigación hemos asistido a la celebración del V Centenario del descubrimiento del Mar del Sur (nombrado después Océano Pacífico) por Nuñez de Balboa, el Centenario del descubrimiento del modelo atómico por Niels Bohr, el Centenario del descubrimiento de la capa de Ozono por los físicos Charles Fabry y Henri Buisson o el Cincuentenario del asesinato de J.F. Kennedy. Efemérides más cercanas a nuestra disciplina de trabajo han sido el Cincuentenario de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular (SEBBM), la pérdida de uno de los fundadores de la Biología Molecular (F. Jacob), los 30 años del descubrimiento de la Reacción en cadena de la polimerasa por K. Mullis o el 30 aniversario de la primera introducción exitosa de genes foráneos en plantas por M. Bevan. R.B. Flavel y M Chilton. Estas dos últimas sin duda de especial relación y trascendencia con las investigaciones que hacemos en nuestro Instituto y que han permitido que 30 años después existan más de 180 millones de hectáreas de soja, maíz, algodón o colza modificadas genéticamente en todo el mundo. Pero 2013 también hemos asistido a acontecimientos y situaciones que no han sido precisamente motivos de celebración para la Ciencia en España. El recorte en Investigación ha continuado en el 2013 y ha llegado a ser del 13,9% (según datos de la COSCE). Por otra parte, 2013 puede considerarse sin ningún género de dudas, un ‘annus horribilis’ para la principal Institución de investigación científica del país, el CSIC. Hemos sufrido una falta de liquidez en dos periodos críticos del año que han ralentizado, si no parado, las investigaciones en muchos de sus Institutos y lamentablemente hemos sido noticia por estas situaciones en revistas del prestigio de Nature o Science. La situación ha sido tan dramática que la revista de divulgación científica de más tirada en España ofrecía el siguiente titular en su editorial de Septiembre: “Salvemos al CSIC”. Los efectos en ‘carne propia’ ya los estamos sufriendo en el Instituto, principalmente mediante la pérdida de 37 contratados de gran experiencia profesional que han tenido que buscar otras salidas a su futuro. La consecuencia más inmediata de esta pérdida es que los Grupos de investigación se están despoblando muy rápidamente lo que llevará sin duda a una merma en la competitividad.

En este escenario parece paradójico que hayamos superado por tercer año consecutivo la cifra de 100 publicaciones SCI y un índice de impacto promedio superior al 5. Sin duda, esto se debe a que todavía estamos obteniendo los resultados de épocas inmediatamente precedentes mucho mejores.

En el área de RRHH hemos conseguido incorporar a dos Científicos Titulares del CSIC y un Profesor Titular de

la UPV lo que significa un importante estímulo para alcanzar la masa crítica que nos hemos propuesto. En lo que a Infraestructuras se refiere hemos consolidado con gran eficacia el Servicio de Identificación y Cuantificación de Hormonas vegetales que está teniendo una significativa demanda tanto interna como externa. Continuamos con nuestro compromiso en la labor divulgadora mediante 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.

Las perspectivas en los próximos años no se perciben demasiado halagüeñas tanto a nivel nacional como europeo. Si bien es cierto que el Horizonte 2020 maneja unas cifras globales de inversión aparentemente importantes, la deriva de la mayor parte del dinero hacia los ‘Retos Sociales’ pone en una posición muy difícil al IBMCP. Aun siendo conscientes de que nuestra labor científica tiene que, de alguna u otra manera, repercutir en el bienestar social creo que es un buen momento para recordar a nuestros políticos de la Ciencia el mensaje que nos dejó el maestro D. Santiago Ramón y Cajal: “Cultivemos la Ciencia por sí misma, sin considerar por el momento las aplicaciones. Estas llegan siempre, a veces tardan años, a veces siglos”.

Vicente Pallas Director

Scientific Report 2013

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2013, declared the ‘International Year of Cooperation in the Water Sphere’, has left us an endless list of scientific and social anniversary events. In 2013, the year we are looking at how research has been for us, we have seen the V Centenary of the Discovery of the South Sea (later named the Pacific Ocean) by Nuñez de Balboa, the Centenary of the discovery of the atomic model by Niels Bohr, the Centenary of the discovery of the ozone layer by physicians Charles Fabry and Henri Buisson, or the 50th anniversary of the assassination of J.F. Kennedy. There have been anniversary events that better relate to our work discipline: the 50th anniversary of the Spanish Biochemistry and Molecular Biology Society (SEBBM), loss of one the founders of Molecular Biology (F. Jacob), the 30th anniversary since the discovery of the polymerase chain reaction by K. Mullis or the 30th anniversary since the first successful introduction of foreign genes into plants by M. Bevan. R.B. Flavel and M Chilton. Doubtlessly the last two events are closely related with the significance of the research conducted in our Institute, which has allowed more than 180 million hectares of genetically-modified soya, corn, cotton or rape-seed to exist worldwide 30 years later. However, we have also witnessed events and situations in 2013 that are not exactly a good cause of celebration for Science in Spain. Cuts in Research have continued in 2013 and have been 13.9% (according to COSCE data; COSCE, the Spanish Confederation of Scientific Societies). Moreover, we can almost certainly consider 2013 an ‘annus horribilis’ for the main Scientific Research Institution of Spain, the CSIC. We have had no liquidity during two critical periods which has slowed down, or even put a stop to, research works in many CSIC Institutes and, sadly, we have been the object of news in prestigious journals like Nature or Science because of such circumstances. The situation has been so dramatic that the scientific journal with the biggest print run in Spain published the following headline in its September issue: “Let’s save the CSIC”. These effects we ‘ourselves’ are experiencing in the Institute, mainly due to the loss of 37 hired staff members with ample professional experience, who have had to look for other future working opportunities. The most immediate result of this loss is that Research Groups are rapidly dwindling, which evidently diminishes competitiveness.

In this scenario, it seems paradoxical that we have exceeded for 3 years running 100 SCI publications with an average impact index over 5. This is evidently because we are still obtaining results from former much better periods.

In the HR area, we have taken on two Tenured CSIC Scientists and one Tenured UPV Professor, which is a

powerful stimulus to accomplish the minimum amount of work we have set ourselves. As regards Infrastructures, we have managed to efficiently consolidate the Plant Hormones Identification and Quantification Service, which is creating much internal and external demand. We continue with our diffusion task commitment in which, through the PLANTéatelo initiative, science is fun to promote scientific vocation among students of Primary Education and those starting Secondary Education, and for the guided visits which we periodically organise, and which have enabled more than 300 Secondary Education students to know what we investigate and how we do it.

The Spanish and European perspectives for forthcoming years are not very rosy. Nonetheless, it is true that Horizon 2020 manages apparently considerable global investment figures, but the fact that most of such funding goes to “Social Challenges” places our Centre, the IBMCP, in a very difficult position. Since we are well aware that our scientific work has to somehow influence social well-being, I believe now is a good time to remind our Science politicians the message that the authority Santiago Ramón y Cajal left us: “Let’s cultivate Science itself without considering its applications now. They will always apply, be it some years, or even centuries, later”.

Vicente Pallas Director

Memoria 2013

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Memoria 2013

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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

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DIRECCIÓN / MANAGEMENT

JUNTA DE INSTITUTO / INSTITUTE BOARD

DIRECTOR / DIRECTOR: Vicente Pallás Benet VICEDIRECTOR / VICEDIRECTOR: Lynne Yenush VICEDIRECTOR ADJUNTO/VICEDIRECTOR-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 Markus Proft Santiago F. Elena Fito REPRESENTANTE DE PERSONAL CIENTÍFICO/SCIENTIFIC STAFF REPRESENTATIVE: Gustavo Gómez REPRESENTANTE RESTO DE PERSONAL/SUPPORT STAFF REPRESENTATIVE: Félix Martínez Macías

DIRECTOR/DIRECTOR : Vicente Pallás Benet VICEDIRECCIÓN/VICEDIRECTOR: Lynne Yenush

GERENCIA/MANAGER: Juan Ramón Galdeano Richart

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

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SERVICIOS GENERALES / GENERAL SERVICES

ADMINISTRACIÓN / Administration

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.

Responsable de gestión CSIC / Head of management service CSIC Consuelo Martínez Bosch Habilitado pagador / Paymaster Auxiliadora Canavese Casesnoves Responsable de gestión UPV / Head of management service UPV Pilar Carbonell Patricia Casas Font Técnicos de Servicios Comunes / Tecnical Assistans common services Cristina Rozalen García Responsible de Recursos Humanos / Head of human resources service Ana María Mira Martínez Secretaria de Dirección / Secretary to Managing director

María Ortiz Huedo

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 Assumpta Haro Sabater

INFORMÁTICA / Computing Service

Responsable / Head of Service Alexis González Ramon 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 Rafael Martínez Pardo Antonio Villar Orozco Fernando Escrivá Sastre David Parejo Navarro 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).

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 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).

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 Erika Moro Castaño

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

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.

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

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/

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

Prof. Vicente Moreno Catedrático UPV / Full Professor-UPV Dr. Pablo Vera Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Dr. Antonio Granell Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC Dr. Diego Orzaez Científico Titular CSIC / Research Scientific-CSIC Dr. Antonio Monforte Científico Titular CSIC / Research Scientific-CSIC Prof. Alejandro Atarés Profesor Contratado Doctor UPV / Associate Professor-UPV

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

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

Memoria 2013

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Memoria 2013

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PERSONAL / PERSONNEL

Personal Perteneciente al IBMCP en el año 2013 / IBMCP personnel in 2013

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 2013

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Revistas en las que aparecen las Publicaciones del Personal Investigador del IBMCP en el Año 2013 / Journals in wich the IBMCP publications appear in 2013

REVISTA NºARTICULOS REVISTA NºARTICULOS REVISTA NºARTICULOS

Acta Physioologiae Plantarum

1

Chemistry – A European Journal

1

International Journal of Molecular Sciences

2

Advances in Virus Research

1 Current Biology 2

Journal of Agricultura and Food Chemistry

1

Angewandte Chemie - International Edition

1 Current Genetics

1 Journal of Basic Microbiology

1

Annals of Botany

1 Current Opinion in Biotechnology

1 Journal of Biological Physics

1

Biología Plantarum

1 DNA Research 1 Journal of Biotechnology

1

Biología Reviews

1 Eukaryotic Cell 1 Journal of Experimental Botany

2

Biology Letters 1 Evolutionary Bioinformatics

1 Journal of General Virology

2

BMC Evolutionary Biology

4 FEBS Letters 1 Journal of Inorganic Biochemistry

1

BMC Genomics 1 FEMS Yeast Research

1 Journal of Plant Ecology-UK

1

BMC Plant Biology

1 Frontiers in Microbiology

4 Journal of Plant Physiology

2

Chemistry – A European Journal

1 Frontiers in Plant Science

3 Journal of Proteomics

1

Current Biology 2 Functional Plant Biology

1 Journal of Virology

3

Current Genetics

1 Genome Biology and Evolution

1 Metabolomics 2

Current Opinion in Biotechnology

1 Industrial Crops and Products

1 Molecular and Cellular Biology

1

BMC Plant Biology

1 International Journal for Parasitology

1 Molecular Biology and Evolution

1


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REVISTA Nº PAGINAS REVISTA Nº PAGINAS REVISTA Nº PAGINAS

Molecular Genetics and Genomics

1 Plant Cell 4 PLoS ONE 5

Molecular Plant Pathology

1 Plant Journal 5 PLoS Pathogens

2

Molecular Plant-Microbe Interactions

2 Plant Molecular Biology

2

PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA

1

Nature 1 Plant Pathology 1 Proteomics 1

New Phytologist 2 Plant Physiology

8 Sexual Plant Reproduction

1

Photosyntehesis Research

1 Plant Physiology and Biochemistry

2

TAG, Theoretical and applied genetics, Theoretische und angewandte Genetik

2

Phytopathology 3 Plant Signaling and Behavior

2 Tree Genetics and Genomes

1

Plant and Cell Physiology

1 Planta 1 Trends in Plant Science

1

Plant Biology 1 PLoS Computational Biology

1 Virology Journal

1

Plant Biotechnology Journal

1 PLoS Genetics 1 Viruses 1

Memoria 2013

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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 2013 IBMCP / IBMCP ISI Publictions 2013

ABBAS, M., ALABADÍ, D. Y BLÁZQUEZ, M.A. (2013) Differential growth at the apical hook: all roads lead to auxin. Frontiers in Plant Sciences, 4, 441 AGÜERO, J.; VIVES, M.C.; VELÁZQUEZ, K.; RUIZ-RUIZ, S.; JUÁREZ, J.; NAVARRO, L.; MORENO, P.; GUERRI, J. (2013)

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35

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J.; GRANELL, A.; ORZAEZ, D. (2013) Goldenbraid 2.0: A comprehensive DNA assembly framework for plant synthetic biology. Plant Physiology, 162, 1618-1631

SHI, J.X.; ADATO, A.; ALKAN, N.; HE, Y.; LASHBROOKE, J.; MATAS, A.J.; MEIR, S.; MALITSKY, S.; ISAACSON, T.;

PRUSKY, D.; LESHKOWITZ, D.; SCHREIBER, L.; GRANELL, A.R.; WIDEMANN, E.; GRAUSEM, B.; PINOT, F.; ROSE, J.K.C.; ROGACHEV, I.; ROTHAN, C.; AHARONI, A. (2013) The tomato SlSHINE3 transcription factor regulates fruit cuticle formation and epidermal patterning. New Phytologist, 197, 468-480

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LAUBER, C.; BROWN, R.; FRENTZEN, A.; PIETSCHMANN, T. (2013) Characterization of hepatitis C virus intra- and intergenotypic chimeras reveals a role of the glycoproteins in virus envelopment. Journal of Virology, 87(4), 13297-13306

TAPIA, G.; MORALES-QUINTANA, L.; PARRA, C.; BERBEL, A.; ALCORTA, M. (2013) Study of nsLTPs in Lotus

japonicus genome reveal a specific epidermal cell member (LjLTP10) regulated by drought stress in aerial organs with a putative role in cutin formation. Plant Molecular Biology, 82, 485-501

TIKUNOV, Y.M.; MOLTHOFF, J.; DE VOS, R.C.H.; BEEKWILDER, J.; VAN HOUWELINGEN, A.; VAN DER HOOFT, J.J.J.;

NIJENHUIS-DE VRIES, M.; LABRIE, C.W.; VERKERKE, W.; VAN DE GEEST, H.; ZAMORA, M.V.; PRESA, S.; RAMBLA, J.L.; GRANELL, A.; HALL, R.D.; BOVY, A.G. (2013) Non-smoky GLYCOSYLTRANSFERASE1 prevents the release of smoky aroma from tomato fruit. Plant Cell, 25, 3067-3078

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TOUJANI, W.; MUÑOZ-BERTOMEU, J.; FLORES-TORNERO, M.; ROSA-TÉLLEZ, S.; ANOMAN, A.D.; ROS, R. (2013)

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multiplicity of infection during virus colonization of multi-cellular hosts. PLoS ONE, 28(5), e64657

Memoria 2013

36

TESIS / THESES

Tésis leídas en el 2013 / Theses in 2013

NOMBRE TITULO TESIS DIRECTOR FECHA UNIVERSIDAD

Daniele Sani

Evolución genómica por diseño molecular de levaduras industriales

Ramón Serrano / Alfonso Luis Navarro

18/11/2013

Universidad Politécnica de Valencia

Elena Moyano Solera

Sobreexpresión de genes en tomate y generación de líneas T-DNA en la especie silvestre Solanum pennellii para identificar determinantes de la tolerancia al estrés hídrico y salinidad

Alejandro Atarés

08/11/2013

Universidad de Murcia

Gaetano Bissoli

Prolyl isomerases are important determinants of intracellular pH homeostasis in Arabidopsis thaliana

Ramón Serrano / Jose Miguel Mulet

04/03/2013


Gerardo Sánchez

Cartografiado de QTLs y genes candidato asociados a metabolitos determinantes de la calidad de fruto en melocotón

Antonio José Monforte / Jose María Belles / Antonio Granell

29/11/2013


Guillaume Charles Lafforgue

Resistance to virus infection mediated by artificial microRNAs: estimating the likelihood of escape mutants

Santiago Elena / Jose Antonio Darós

05/12/2013


Jose Alfredo Zambrano Rodriguez

Caracterización funcional del gen VOZ1, su papel en el control de la arquitectura de la inflorescencia a través de la regulación de TFL1

Francisco Madueño

30/05/2013


Nicolas Tromas

Evaluating fundamental life-history traits for Tobacco etch potyvirus

Santiago F. Elena

03/07/2013


Regina Antoni Alandes

Molecular and genetic analyses of the PP2C-ABA RECEPTOR interaction in the abscisic acid signaling pathway

Pedro Luis Rodriguez

31/05/2013


Ricardo Mir Moreno

Caracterización molecular y funcional del gen Pathogen and Circadian Controlled 1 (PCC1) en Arabidopsis thaliana

Jose León Ramos

29/05/2013



37

ESTANCIAS INTERNACIONALES / INTERNATIONAL RESEACH STAYS

Estancias Internacionales del Personal Investigador en el IBMCP en 2013 /

International research staff stays in IBMCP in 2013

TOTAL: 29 ESTANCIAS / 29 STAYS; 6 MESES MEDIA / 6 MONTHS MEDIA

FINANCIACIÓN / FINANCING RESOURCES

MICINN GV INTERNACIONALES EUROPEOS OTROS

Memoria 2013

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MASTER IBMCP / IBMCP MASTER

NOMBRE / NAME UNIVERSIDAD DE PROCEDENCIA / UNIVERSITY OF ORIGEN

Barja Alfonso, María Victoria Universidad de Navarra

Blanco Touriñán, Noel Universidad de Salamanca

Costa Broseta, Álvaro Universidad Politécnica de Valencia

Galindo Trigo, Sergio Universidad de Salamanca

Hernández García, Jorge Universidad de Salamanca

López Mártinez, Javier Universidad de Navarra

Monzó Donat, Mª Inmaculada Universidad de Valencia

Moya Jiménez, Sofía Universidad Ecuador

Reig Valiente, Juan Luis Universidad de Valencia

Romero García, Pablo Universidad de Valencia

Saura Sánchez, Maria Teresa Universidad Politécnica de Valencia

Simón Moya, Miguel Universidad de Valencia

Torrellas Marcó, Max Universidad de Valencia

Urbina Huamani, Denisse Elvira Universidad Complutense de Madrid

Ventimilla Llora, Daniel Universidad de Valencia

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/


39

SEMINARIOS IBMCP / IBMCP Seminars

12-04-2013 Antoine Larrieu (CIPG) Nottingham UK

26-04.2013 Susana Manrubia Centro Astrobiología

03-05-2013 Emilio Martinez Instituto Jean-Pierre Bourgin (Centre de Versalles-INRA)

10-05-2013 Jesus Blazquez CNB

17-05-2013 Juan Ignacio Perez Universidad Pais Vasco/EHU

24-05-2013 Esteban Ballester IDIBELL-Barcelona

31-05-2013 Francisco Pérez Alfocea CEBAS

07-06-2013 Esther Vander Knaap OARDC-OSU – Ohio

21-06-2013 Miguel de Lucas PBGC – UC Davis

28-06-2013 Pere Arus CRAG (IRTA-CSIC-UAB)

02-07-2013 Hank Bass Florida State University – Seminario extraordinario 11-07-2013 Jose Luis Garcia Martinez IBMCP 18-10-2013 Miguel Verdu CIDE (CSIC/UPV/GV) 13-12-2013 Carlos Romero Salvador IVIA

Memoria 2013

40

ACTIVIDADES DE DIVULGACIÓN

El IBMCP ha participado durante el año 2013 en diversas actividades de Cultura Científica organizadas por la Comisión de Divulgación:

Ciclo de visitas guiadas al IBMCP para estudiantes de bachillerato

Programa PLANTéatelo 2013: la Ciencia es divertida. Talleres de prácticas de laboratorio

para profesores cofinanciados por la Federación Española de Biotecnólogos Luis A. Cañas y Juan Carbonell (2013) “PLANTéatelo: la Ciencia es divertida”, una iniciativa

para fomentar las vocaciones científicas en la escuela. Publicación divulgativa en la revista Acta Científica y Tecnológica publicada por la Asociación Española de Científicos (AEC). Nº 22: 40 - 44

Organización de las Jornadas Científicas del IBMCP 2013 (18-19 Diciembre)

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

nivel europeo. 16 mayo 2013 Coordinador en España: José Pío Beltrán Participación en actividades organizadas por la Comisión de Divulgación del IBMCP: 40 profesores de Enseñanza Secundaria

Participación en el XI Certamen de Fotografía Científica FOTCIENCIA 11 (FECYT-CSIC)

2 fotografías seleccionadas por la FECYT para figurar en el catálogo oficial del certamen y en la exposición itinerante de fotografía científica que organiza todos los años. Autores: Mª Dolores Gómez, Begoña Renau, José Pío Beltrán y Luis A. Cañas

30

27

20

30

15

29

28

29

IES Enrique Tierno Galván (Moncada)

IES Joanot Martorell (Valencia)

IES Tirant Lo Blanc (Torrent)

IES Henri Matisse (Paterna)

Asociación Valenciana de

Estudiantes y Profesionales del

Medio Ambiente (AVEPMA)

IES Altaia (Altea)

IES Les Folies

Colegio Pío XII

Valencia

Valencia

Valencia

Valencia

Valencia

Alicante

Valencia

Valencia

17/01/2013

21/02/2013

21/03/2013

18/04/2013

26/06/2013

16/08/2013

14/11/2013

11/12/2013

Instituto de

Biología

Molecular y

Celular de Plantas

Nº alumnosInstituto / ColegioProvinciaFechaCentro

30

27

20

30

15

29

28

29

IES Enrique Tierno Galván (Moncada)

IES Joanot Martorell (Valencia)

IES Tirant Lo Blanc (Torrent)

IES Henri Matisse (Paterna)

Asociación Valenciana de

Estudiantes y Profesionales del

Medio Ambiente (AVEPMA)

IES Altaia (Altea)

IES Les Folies

Colegio Pío XII

Valencia

Valencia

Valencia

Valencia

Valencia

Alicante

Valencia

Valencia

17/01/2013

21/02/2013

21/03/2013

18/04/2013

26/06/2013

16/08/2013

14/11/2013

11/12/2013

Instituto de

Biología

Molecular y

Celular de Plantas

Nº alumnosInstituto / ColegioProvinciaFechaCentro


41

OUTREACH ACTIVITIES 2013

The IBMCP participated during 2013 in different outreach activities organized by our Outreach Commission: Guided visits to our installations and scientific services for scholars

Project PLANTéatelo 2013: la Ciencia es divertida. Plant Biology lab practices for high school professors. Granted by the Federación Española de Biotecnólogos

Luis A. Cañas and Juan Carbonell (2013). “PLANTéatelo: la Ciencia es divertida”, una

iniciativa para fomentar las vocaciones científicas en la escuela. Outreach publication in the journal Acta Científica y Tecnológica. Asociación Española de Científicos (AEC). Nº 22: 40 - 44

Organization of the Jornadas Científicas del IBMCP 2013 (December, 18-19) Participation in the International Plant Fascination Day, an EPSO outreach initiative in

Europe. May, 16. Coordinator in Spain: José Pío Beltrán Participation in the outreach activities organized by the IBMCP: 40 high school professors

Participation in the XI Certamen de Fotografía Científica FOTCIENCIA 11 (FECYT-CSIC)

2 pictures made in the IBMCP were selected by the FECYT to be included in the official catalogue and in the expositions. Authors: Mª Dolores Gómez, Begoña Renau, José Pío Beltrán y Luis A. Cañas

23 Enero: 30 professors 30 Enero: 30 professors Made 60 Practice kits Downloaded videos in YouTube: 28.198

44

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)

45

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)

46

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.

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Francisco Madueño Albi (Científico Titular CSIC / Research Scientific CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Ana Berbel Tornero Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers José Alfredo Zambrano Rodríguez Marina Silvestre Vañó Max Torellas Marco Técnicos Superiores Especializados / Senior Technical Specialis María José Domenech Mir

Figure 1. Arabidopsis inflorescence architecture is based on the antagonistic interaction between TFL1, which specifies inflorescence meristem identity, and the floral meristem genes AP1 and LFY

DESARROLLO REPRODUCTIVO

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Tesis Doctorales Doctoral Theses

PU

José Alfredo Zambrano Rodríguez (2013) Caracterización funcional del gen VOZ1, su papel en el control de la arquitectura de la inflorescencia a través de la regulación de TFL1

Cursos Courses

PU

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

Proyectos Projects

PU

‘Evolutionary Conservation of Regulatory Network Controlling Flower Development (EVO-CODE)’ PEOPLE MARIE CURIE ACTIONS. Unión Europea FP7-PEOPLE-2009-IRSES Duración: 2010 – 2013 IP por CSIC: Cristina Ferrándiz ‘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.

Figure 2. In the tfl1 mutants the floral genes are expressed in the shoot meristems, consequently, tfl1 mutants flower early and their shoots are converted into flowers

Figure 3. Mutation in both VOZ1 and VOZ2 genes delays flowering in Arabidopsis while VOZ1 overexpression causes early flowering.

REPRODUCTIVE DEVELOPMENT

48

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 Edelín Marta Roque Mesa Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Abdalla Saafan Roberto Mondéjar Canet Sandra Fresquet Corrales Pilar Rojas Gracia Rim Hamza Ayudantes de Investigación / Research Assistants Mª Cruz Rochina Peñalver

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.


Fig. 1. Expresión de los genes MADS-box de clase B duplicados MtPI (A-D) y MtNGL9 (E-H) en secciones de flores de Medicago truncatula (hibridación in situ). Fig. 1.Expression pattern of the duplicated class-B MADS-box genes MtPI (A-D) and MtNGL9 (E-H) in Medicago truncatula floral sections (in situ hybridization).

Fig. 2. A: Sección de tallo de una planta control de alfalfa (Medicago sativa) mostrando su alto contenido en lignina en la pared de sus vasos conductores (rojo). B: Sección de tallo de una planta transgénica de alfalfa con bajo contenido en lignina en sus vasos. Fig. 2. A: Shoot section of a control alfalfa (Medicago sativa) plant showing a high content of lignin in the cell wall of vascular bundles (red). B: Shoot section of an alfalfa transgenic plant showing low lignin content in the vascular bundles.

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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.

Publicaciones Publications

PU

ROQUE, E., SERWATOWSKA, J., ROCHINA, M.C., WEN J., MYSORE, K.S., YENUSH, L., BELTRÁN, J.P., CAÑAS, L.A. (2013) Functional specialization of duplicated AP3-like genes in Medicago truncatula. The Plant Journal, 73, 663-675

MEDINA, M., ROQUE, E., PINEDA, B., CAÑAS, L.A., RODRÍGUEZ-

CONCEPCIÓN, M., BELTRÁN, J.P., GÓMEZ-MENA, C. (2013) Early anther ablation triggers parthenocarpic fruit development in tomato plants. Plant Biotechnology Journal, 11, 770-779

GÓMEZ, M.D., RENAU-MORATA, B., ROQUE, E., POLAINA, J., BELTRÁN, J.P.,

CAÑAS, L.A. (2013) PsPMEP, a pollen-specific pectin mathylesterase of pea (Pisum sativum L.). Plant Reproduction, 26, 245-254

Cursos Courses

PU

BELTRAN, J.P. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 15 Horas CAÑAS, L.A. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 20 Horas

Proyectos Projects

PU

‘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: Luis Cañas

A B C

D E F

Fig. 3. Fenotipo del mutante partenocárpico de tomate hydra (hyd). A – C: Fenotipo silvestre. D – F: Fenotipo mutante hydra. Las flores de la plantas mutantes muestran estambres filamentosos sin polen (D) y frutos sin semillas (E). Las flores en antesis presentan óvulos poco desarrollados

por lo que los ovarios de estas plantas no son funcionales.

Fig. 3. Phenotype of the parthenocarpic tomato mutant hydra (hyd). A – C: WT phenotype. D – F: Phenotype of the hydra mutant. The mutant flowers show philamentous stamens without pollen grains (D) and seedless fruits (E). The flowers in anthesis show undeveloped ovules and non-functional ovaries.

SlDOF

RNAi-SlDOF 35S::SlDOFSilvestre

0

50

100

150

200

250

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Xilema Floemainterno

Nú

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las

35S::SlDOFRNAi- SlDOFwt

A B

Fig. 4. A. Expresión del gen SlDOF en el tejido vascular del ovario (flecha) detectada mediante hibridación in situ. B. El fenotipo de las plantas transgénicas silenciadas (RNAi-SlDOF) y que sobrexpresan este gen (35S::SlDOF) indica que SlDOF participa en el desarrollo del sistema vascular del ovario en tomate. Fig. 4. A. Expression pattern of the SlDOF gene in the vascular bundles of the tomato ovary (arrow) detected by in situ hybridization. B. The phenotype of silenced transgenic plants (RNAi-SlDOF) and the overexpression of this gene (35S::SlDOF) indicate that SlDOF participates in the development of the vascular system of the ovary.


Trabajo Fin de Máster Master’s Degree Final Project

PU

Abdalla Saafan ‘Characterization of a MYB gene from tomato (S. lycopersicum) involved in fruit development’ Directores: J.P. Beltrán / C. Gómez-Mena

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Cristina Ferrandiz (Científico Titular CSIC / Research Scientist-CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Chloe Fourquin Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researhcers Irene Martínez Fernández Patricia Ballester Fuentes África Gomaríz Fernández Técnicos Superiores Especializados / Senior Technical Specialist Carolina del Cerro Fernández Mª Angeles Martínez Godoy Otros / Others Amparo Primo Capella Sofía Sanchís Guillen

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 un 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

FOURQUIN, C.; DEL CERRO, C.; VICTORIA, F.C.; VIALETTE-GUIRAUD, A.; DE OLIVEIRA, A.C.; FERRÁNDIZ, C. (2013) A change in SHATTERPROOF protein lies at the origin of a fruit morphological novelty and a new strategy for seed dispersal in Medicago genus. Plant Physiology, 162(2), 907-917

Capítulos De Libro Book Chapters

PU

Ambrose, B.; Ferrandiz, C. (2013) “Development and the Evolution of Plant Form” en “The Evolution of Plant Form. Annual Plant Reviews” Pag. 277-320

Proyectos Projects

PU

‘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

Cursos Courses

PU

Ferrandiz, C. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 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 a 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

Fourquin et al, 2013, Plant Phys


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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 / Carrera, E)

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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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 Scientific-CSIC) Estudiante de Máster / Master Student Fernando Xavier Rivas Romero

REGULACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN Y EL METABOLISMO DE HORMONAS

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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.


PU

DOBÓN, A., WULFF, B.H., CANET, J.V , FORT, P., TORNERO, P. (2013) An allele of Arabidopsis COI1 with hypo- and hypermorphic phenotypes in plant growth, defence and fertility. PLOS ONE, 1(8), e55115

REGULATION OF HORMONE METABOLISM AND SIGNALING

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Jose Luis García Martínez (Profesor Investigador CSIC Jubilado durante el 2013 / Research Professor-CSIC retired during 2013) Isabel López-Díaz (Científico Titular CSIC / Research Scientific-CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Esther Carrera Bergua Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Miriam Gallego García Liliam Martinez Bello Ayudantes de Investigación / Research Assistants Teresa Sabater Gimeno

REGULACIÓN HORMONAL DE LA FRUCTIFICACIÓN Y EL DESARROLLO DEL FRUTO

Durante el año 2013, el grupo ha sufrido una restructuración debido a los cambios en su personal estable. Por un lado, José Luis García Martínez, Profesor de Investigación del CSIC se ha dado de baja por jubilación y por otro Esther Carrera, incorporada al grupo como investigadora Ramón y Cajal, ha sido estabilizada como contratada doctora. La investigación del grupo, así reestructurado, esta centrada en la regulación hormonal del desarrollo del fruto de tomate y en aspectos del metabolismo hormonal que afecta a la arquitectura de la planta. En paralelo a sus actividades de investigación, el grupo ha puesto en marcha un Servicio de Cuantificación de Hormonas Vegetales (giberelinas, auxinas, acido jasmónico, acido salicílico, acido abscísico y citoquininas) mediante un equipo de UPLC espectrometría de masas (Q-Exactive, ThermoFisher Scientific) instalado en el IBMCP, capaz de cuantificar hormonas vegetales en muestras de solo 50 mg de materia fresca y concentraciones por debajo de 0,1 ng/g. Hasta la fecha, este servicio ha realizado análisis para un gran número de grupos de investigación de la comunidad científica española y ha iniciado colaboraciones con grupos de otros países.

Fig. 2 Caracterización por tinción GUS de la localización de auxinas en órganos reproductivos de DR5:GUS Fig. 2 Auxin localization by GUS staining in reproductive organs of DR:GUS plants

Ctrl IAA NAA 2-4D GA3Ctrl IAA NAA 2-4D GA3Ctrl IAA NAA 2-4D GA3

Fig1b. Caracterización por tinción GUS de la localizacion de auxinas en órganos reproductivos de DR5:GUS

Fig 1a: Fenotipo característico de los frutos de tomate, variedad MicroTom, (MT) tratados hormonalmente.

Ctrl IAA NAA 2-4D GA3Ctrl IAA NAA 2-4D GA3Ctrl IAA NAA 2-4D GA3

Fig1b. Caracterización por tinción GUS de la localizacion de auxinas en órganos reproductivos de DR5:GUS

Fig 1a: Fenotipo característico de los frutos de tomate, variedad MicroTom, (MT) tratados hormonalmente.

Fig. 1 Fenotipo característico de los frutos de tomate, variedad MicroTom, (MT) tratados hormonalmente Fig. 1 Unfertilized tomato ovaries (cv. Microtom) treated with

different hormones.

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Fig. 3 Plantas transgénicas de tomate alteradas en el metabolismo de GAs, mostrando diferencias en el patrón de ramificación Fig. 3 Transgenic tomato plants with altered gibberellin metabolism showing differences in the branching pattern.

HORMONAL REGULATION OF FRUIT SET AND DEVELOPMENT During 2013 the group has undergone significant restructuring due to the retirement of Prof. José Luis García Martínez, the permanent position obtained by Dr. Esther Carrera and to the new LC-MS Facility (Q-Exactive, ThermoFisher Scientific) set up at the IBMCP for Hormones Quantification and run by our group. As a consequence of all this, we have reinforced the research objectives related to hormone metabolism although still continuing the research in the previous topics (GA control of fruit and plant development in tomato). In parallel to the research activities, we have launched a “Service of Plant Hormones Quantification” (gibberellins, auxin, jasmonic acid, salicylic acid, abscisic acid and cytokinins) capable of quantifying hormones (by HPLC coupled to Mass Spectrometry) in single 50 mg samples of fresh material and concentrations below 0.1 ng / g. To date, this service has performed analysis for a large number of research groups in the Spanish scientific community and has initiated collaborations with groups in other countries.


PU

GERMANA, MA; ALEZA, P.; CARRERA, E.; CHEN, CH; CHIANCONE, B.; COSTANTINO, G.; DAMBIER, D.; DENG, X.; FEDERICI, CL; FROELICHER, Y.; GUO, W.; IBAÑEZ, V.; JUÁREZ, J.; KWOK, K.; LURO, F.; MACHADO, MA; NARANJO, MA; NAVARRO, L; OLLITRAULT, P.; RÍOS, G.; ROOSE, ML; TALON, M.; XU, Q.; GMITTER, FG. (2013) Cytological and molecular characterization of three gametoclones of Citrus clementina. BMC Plant Biology 13:129.

Patente Patent

PU

‘Novel Sesquiterpene Synthases from Orange Fruit Flavedo Peel’ Ruiz-Rivero, O.; Carrera, E; Rodrigo, MJ; Zacarías, L; Talón, M. N.º de solicitud: VATC - CSIC: 310/2013.


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Fig. 1. Mejora de la tolerancia a sequía en cebada mediante generación de mutaciones en receptores PYR/PYL Fig. 1. Enhanced drought tolerance in barley plants that express mutated

PYR/PYL receptors


Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Pedro Luis Rodriguez Egea (Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Miguel González-Guzmán Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Regina Antoni Alandes Lesia Rodriguez Solovey Marta Peirats Llobet Técnicos Especialistas Laboratorio / Laboratory Technicians Mª Angeles Fernández Estudiantes Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students Laura Lorenzo

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 uan mayor tolerancia a sequía. Estos abordajes se complementarán con estudios para identificar nuevas proteínas reguladoras de los receptores de ABA.

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PROYECTOS

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

ANTONI, R.; GONZALEZ-GUZMAN, M.; RODRIGUEZ, L.; PEIRATS-LLOBET, M.; PIZZIO, G.A.; FERNANDEZ, M.A.; DE WINNE, N.; DE JAEGER, G.; DIETRICH, D.; BENNETT, M.J.; RODRIGUEZ, P.L. (2013) PYRABACTIN RESISTANCE1-LIKE8 plays an important role for the regulation of abscisic acid signaling in root. Plant Physiology, 161, 934-941 FLEXAS, J.; NIINEMETS, U.; GALLÉ, A.; BARBOUR, M.M.; CENTRITTO, M.; DIAZ-ESPEJO, A.; DOUTHE, C.; GALMÉS, J.; RIBAS-CARBO, M.; RODRIGUEZ, P.L.; ROSSELLÓ, F.; SOOLANAYAKANAHALLY, R.; TOMAS, M.; WRIGHT, I.J.; FARQUHAR, G.D.; MEDRANO, H. (2013) Diffusional conductances to CO2 as a target for increasing photosynthesis and photosynthetic water-use efficiency. Photosynthesis Research, 117, 45-59 MERILO, E.; LAANEMETS, K.; HU, H.; XUE, S.; JAKOBSON, L.; TULVA, I.; GONZALEZ-GUZMAN, M.; RODRIGUEZ, P.L.; SCHROEDER, J.I.; BROSCHÈ, M.; KOLLIST, H. (2013) PYR/RCAR receptors contribute to ozone-, reduced air humidity-, darkness-, and CO2-induced stomatal regulation. Plant Physiology, 162, 1652-1668 PIZZIO, G.A.; RODRIGUEZ, L.; ANTONI, R.; GONZALEZ-GUZMAN, M.; YUNTA, C.; MERILO, E.; KOLLIST, H.; ALBERT, A.; RODRIGUEZ, P.L. (2013) The PYL4 A194T mutant uncovers a key role of PYR1-LIKE4/PROTEIN PHOSPHATASE 2CA interaction for abscisic acid signaling and plant drought resistance. Plant Physiology, 163, 441-455 RODRIGUES, A.; ADAMO, M.; CROZET, P.; MARGALHA, L.; CONFRARIA, A.; MARTINHO, C.; ELIAS, A.; RABISSI, A.; LUMBRERAS, V.; GONZÁLEZ-GUZMÁN, M.; ANTONI, R.; RODRIGUEZ, P.L.; BAENA-GONZÁLEZ, E. (2013) ABI1 and PP2CA phosphatases are negative regulators of Snf1-related protein kinase1 signaling in Arabidopsis. Plant Cell, 25(10) 3871-3884


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Regina Antoni Alandes. Molecular and genetic analyses of the PP2C-ABA RECEPTOR interaction in the abscisic acid signaling pathway. Director Tesis: PL. Rodriguez

Cursos Courses

PU

P.L. Rodriguez ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ UPV-CSIC 4 Horas

Patentes Patents

PU

P.L. Rodriguez ‘TRANSGENIC PLANTS. Method for manipulation of the ABA signaling pathway and transgenic plants with improved stress resistance’ Ref.: EP13382177.7

Proyectos Projects

PU ‘Señalización de ABA mediada por los receptores PYR/PYL y su conexión con los mecanismos de resistencia a sequía’ MICINN BIO201123446 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 I.P.: P.L. Rodriguez ‘The role of CIPKs and PP2Cs as convergence points interconnecting Ca2+ and ABA-dependent signaling.’ MICINN PRI-AIBDE-2011-1104 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 I.P.: P.L. Rodriguez / J. Kudula


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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Miguel Ángel Blázquez (Investigador Científico CSIC / Scientific Investigator-CSIC) David Alabadí (Científico Titular CSIC-Research Scientific-CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Antonella Locascio Eugenio Gómez Minguet Mónica Díez Díaz Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Nora Marín de la Rosa Amelia Felipo Benavent Mohamad Abbas Juan Camilo Alvarez Mahecha Federico Grau Engüix Estudiantes de Máster y Final de Carrera / Master and Final year undergraduate students Cristina Marí Carmona Noel Blanco Touriñan Rodrigo Marí Ordoñez

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 intefra 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, coordinando de esta manera la ejecución de múltiples respuestas celulares. Más información: http://www.ibmcp.upv.es/BlazquezAlabadiLab/


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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, thereby coordinating multiple cell responses.

More information: http://www.ibmcp.upv.es/BlazquezAlabadiLab/


PU

MARINA, M.; SIRERA, F.V.; RAMBLA, J.L.; GONZALEZ, M.E.; BLÁZQUEZ, M.A.; CARBONELL, J.; PIECKENSTAIN, F.L.; RUIZ, O.A. (2013) Thermospermine catabolism increases Arabidopsis thaliana resistance to Pseudomonas viridiflava. Journal of Experimental Botany,64, 1393-1402 CAÑO-DELGADO, A.I.; BLÁZQUEZ, M.A. (2013) Spatial control of plant steroid signaling. Trends in Plant Science, 18, 235-236 LOCASCIO, A.; BLÁZQUEZ, M.A.; ALABADÍ, D. (2013) Dynamic regulation of cortical microtubule organization through prefoldin-DELLA interaction. Current Biology, 23, 804-809 MILHINHOS, A.; PRESTELE, J.; BOLLHÖNER, B.; MATOS, A.; VERA-SIRERA, F.; RAMBLA, J.L.; LJUNG, K.; CARBONELL, J.; BLÁZQUEZ, M.A.; TUOMINEN, H.; MIGUEL, C.M. (2013) Thermospermine levels are controlled by an auxin-dependent feedback loop mechanism in Populus xylem. Plant Journal, 75, 685-698 ABBAS, M., ALABADÍ, D.; BLÁZQUEZ, M.A. (2013) Differential growth at the apical hook: all roads lead to auxin. Frontiers in Plant Sciences, 4, 441 Cursos Courses

PU

M.A. Blazquez ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ UPV-CSIC 10 Horas D. Alabadí ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ UPV-CSIC 16 Horas

Proyectos Projects

PU

Análisis funcional de la interacción entre hormonas y luz mediante Genómica Química” MICINN PIB2010AR-00468 Diciembre 2010 – Diciembre 2013 IP: M.A. Blázquez Señalización por giberelinas dependiente del contexto en Arabidopsis” MICINN BIO2010-15071 01/01/2010 – 31/12/2013 IP: M.A. Blázquez


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

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Carolina Gallego Raquel Sacristán Tarrazo

Ayudante de Laboratorio / Laboratory Assistants Clara Fuster Almunia Estudiantes de prácticas en Empresa / Student Traineeships Daniel Ventimilla Llora Jessica María Juric

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.

Fig. 1. Localización de los tres receptores GID1s de giberelinas en los pistilos de Arabidopsis. Los genes GID1s se expresan con patrones específicos.


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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

PEREA-GARCÍA, A.; GARCIA-MOLINA, A.; ANDRÉS-COLÁS, N.; VERA-SIRERA, F.; PÉREZ-AMADOR, M.A.; PUIG, S.; PEÑARRUBIA, L. (2013) Arabidopsis copper transport protein COPT2 participates in the cross talk between iron deficiency responses and low-phosphate signaling. Plant Physiology, 162, 180-194 ANDRÉS-COLÁS, N.; PEREA-GARCÍA, A.; MAYO DE ANDRÉS, S.; GARCIA-MOLINA, A.; DORCEY, E.; RODRÍGUEZ-NAVARRO, S.; PÉREZ-AMADOR, M.A.; PUIG, S.; PEÑARRUBIA, L. (2013) Comparison of global responses to mild deficiency and excess copper levels in Arabidopsis seedlings. Metallomics, 5, 1234-1246 RENAU-MORATA, B.; MOYÁ, L.; NEBAUER, S.G.; SEGUÍ-SIMARRO, J.M.; PARRA-VEGA, V.; GÓMEZ, M.D.; MOLINA, R.V. (2013) The use of corms produced under storage at low temperatures as a source of explants for the in vitro propagation of saffron reduces contamination levels and increases multiplication rates. Industrial Crops and Products, 46, 97-104 GÓMEZ, MD; RENAU-MORATA, B.; ROQUE, E.; POLAINA, J.; BELTRÁN, J.P; CAÑAS, L.A. (2013) PsPMEP, a pollen-specific methylesterase of pea (Pisum sativum L.). Sexual Plant Reproduction, 26(3), 245-254

Cursos Courses

PU

M.D. Gómez ‘Máster em Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas M.D. Gómez Talleres ‘Plantéatelo, la Ciencia es Divertida 2ª Edición’ IBMCP-UPV 8 Horas

Proyectos Projects

PU

‘Análisis de los mecanismos moleculares de la señalización por giberelinas en la fructificación de Arabidopsis’ MICINN BIO2011-26302 Del 01/01/2012 – 31/12/2014 IP: M.A. Pérez-Amador

Fig. 2. Efecto de mutaciones en genes DELLA sobre la producción de pro-antocianidinas (A) y mucílago (B) en semillas de Arabidopsis. La carencia de proteínas DELLA (della) afecta negativamente a la acumulación de estos dos componentes de la semilla.


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MECANISMOS MOLECULARES DE ACCIÓN DE LAS POLIAMINAS EN PLANTAS

El interés de nuestro grupo de investigación se

centra en el estudio de los mecanismos moleculares de acción de las poliaminas, metabolitos derivados de aminoácidos. Actualmente tratamos de elucidar la función de las poliaminas termoespermina y espermidina como reguladores de la traducción en procesos de muerte celular, 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 falta de termoespermina en el mutante acl5 da lugar a un proceso de muerte celular prematura alterando la correcta diferenciación del xilema y generando un fenotipo de enanismo. 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 AJAX aunque se desconoce el mecanismo molecular. Además del interés en el modo de actuación de la termoespermina en relación con el control traduccional de los genes AJAX, se ha llevado a cabo la identificación de dianas transcripcionales de estos factores de transcripción, así como la búsqueda de sus interactores por doble híbrido. Otro aspecto de interés es la evaluación del uso de la termoespermina y los genes AJAX como posibles herramientas biotecnológicas para modificar propiedades del xilema en especies leñosas.

- Modificaciones post-traduccionales dependientes de la espermidina en factores de traducción esenciales. El objetivo de esta línea es comprender una activación post-traduccional exclusiva y dependiente de la poliamina espermidina, que resulta esencial para la actividad del factor de traducción eIF5A. Los abordajes incluyen: (i) estudios genéticos de desactivación génica por silenciamiento

condicional, (ii) identificación de dianas mRNAs reguladas por eIF5A a nivel post-transcripcional, (iii) caracterización de posibles alteraciones traduccionales mediante análisis de perfiles de polisomas y (iv) determinación del perfil bioquímico de las distintas isoformas de eIF5A mediante electroforesis bidimensional y análisis con anticuerpos específicos. Su implicación en el desarrollo del xilema, se aborda mediante la obtención de líneas transgénicas de silenciamiento condicional en el fondo genético acl5 para elucidar posibles interacciones entre ambas rutas.

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

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Research Borja Belda Palazón Titulados Superiores Especializados / Specialized Graduates Cristina Urbez Lagunas Francisco Vera Sirera

Ayudante Diplomado / Graduate Assistant Mª Angeles Argomániz Lizondo Estudiante Máster / Master Student Marta Pesquera Alonso Carla Almendáriz

Fig. 1. Hipocotilos de plántulas de Arabidopsis teñidos con fucsina básica. En las plantas mutantes acl5 se ve abundancia de vasos de tipo helicoidal. El silenciamiento de DHS, que hipusina a eIF5A, incrementa los vasos de tipo punteado, restaurando parcialmente el fenotipo silvestre. Fig. 1. Arabidopsis hypocotyls stained with fuchsin red. acl5 mutant displays abundance helical-type protoxylem vessels. Silencing of the eIF5A-activating enzyme DHS on acl5 background, partially restores the xylem deffects by increasing

pitted-type metaxylem vessels.


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Fig. 2. Las plántulas de Arabidopsis tratadas con ABA muestran un incremento en la forma no hipusinada de eIF5A1. Las diferentes isoformas recombinantes de eIF5A marcadas diferencialmente colocalizan con la señal del anticuerpo anti-eIF5A1. Fig. 2. ABA-treated Arabidopsis seedlings show an increase in the non-hypusinated eiF5A1 form. The different labelled eIF5A recombinant isoforms differentially labelled colocalize with the eIF5A1-antibody signal.

MOLECULAR MECHANISMS OF POLYAMINE FUNCTION IN PLANTS

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 involved in cell death processes 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 AJAX transcription factors, although the molecular mechanism remains to be elucidated. In addition to our interest to unveil the molecular details of the thermospermine function during AJAX translation, we are also working in the identification of downstream AJAX targets involved in xylem formation and in the isolation of AJAX interacting partners by two-hybrid. Our experimental approaches extend also to find strategies to alter xylem properties with potential biotechnological applications in forest biology.

- Spermidine-dependent post-translational

modifications of essential translation factors. This research line aims at the characterization of an exclusive spermidine-dependent post-translational activation of the translation factor eIF5A. Our approaches with the model plant Arabidopsis thaliana include: (i) functional genetic studies by conditional RNAi inactivation (ii) identification of mRNA targets regulated at the post-transcriptional level by eIF5A, (iii) studies of eIF5A-dependent mRNA translational alterations by polysome profile experiments and (iv) establishing a biochemical quantitative procedure based on 2D-electrophoresis and western blot to characterize the post-translational alteration of eIF5A isoforms. Its involvement in xylem formation is approached with the generation of double transgenic lines for conditional RNAi inactivation on acl5 background to elucidate possible crosstalks.


PU CARBONELL, J (2013) Nacimiento y evolución de la bioquímica y la

biología molecular en la Comunidad Valenciana (1963-2013). Revista de la SEBBM, 1(178), 36-38

CAÑAS, L.; CARBONELL, J. (2013) "PLANTéatelo: la Ciencia es

divertida", una iniciativa para fomentar las vocaciones científicas en la escuela. Acta Científica y Tecnológica, 1(22), 40-44

MILHINHOS, A.; PRESTELE, J.; BOLLHÖNER, B.; MATOS, A.; VERA-

SIRERA, F.; RAMBLA, J.L.; LJUNG, K.; CARBONELL, J.; BLÁZQUEZ, M.A.; TUOMINEN, H.; MIGUEL, C.M. (2013) Thermospermine levels are controlled by an auxin-dependent feedback loop mechanism in Populus xylem. Plant Journal, 75, 685-698

MARINA, M.; VERA-SIRERA, F.; RAMBLA, J.L.; GONZALEZ, M.E.;

BLÁZQUEZ, M.A.; CARBONELL, J.; PIECKENSTAIN, F.L.; RUIZ, O.A. (2013) Thermospermine catabolism increases Arabidopsis thaliana resistance to Pseudomonas viridiflava. Journal of Experimental Botany,64, 1393-1402

ECHEVARRÍA-ZOMEÑO, S.; YÁNGÜEZ, E.; FERNÁNDEZ-BAUTISTA, N.;

CASTRO-SANZ, A.B.; FERRANDO, A.; CASTELLANO, M.M. (2013) Regulation of translation initiation under biotic and abiotic stresses. International Journal of Molecular Sciences, 14, 4670-4683

Capítulos de Libro Book Chapters

PU

ECHEVARRÍA-ZOMEÑO, S.; BELDA-PALAZÓN, B.; CASTELLANO, M.M.; FERRANDO, A. (2013) Regulation of Translation as Response to Abiotic Stress in ‘Molecular Approaches in Plant Abiotic Stress’ pag. 109-129

Cursos Courses

PU A. FERRANDO “Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas” IBMCP-UPV 2,5 Horas J. CARBONELL “Biología Molecular de las Hormonas Vegetales” UPV 10 Horas J. CARBONELL “PLANTEATELO La Ciencia es Divertida (1ª edición)” IBMCP 8 Horas

Proyectos Projects

PU

‘Control de la diferenciación del xilema por los factores de transcripción ajax’ MICINN BIO2011-23828 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 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 Ricardo Mir Moreno Pre-graduados / Pre-Graduates Alvaro Costa Broseta

REGULACIÓN HORMONAL DE LA INTERACCIÓN ENTRE DEFENSA Y DESARROLLO Nuestro grupo está interesado en analizar los mecanismos que regulan la interacción entre respuestas de defensa y programas de desarrollo en plantas haciendo énfasis en la acción hormonal coordinada. Para ello, hacemos uso de Arabidopsis thaliana como sistema modelo con aproximaciones experimentales que incluyen técnicas bioquímicas, genéticas, de biología molecular y celular, genómicas y proteómicas aplicadas al estudio de la interacción funcional entre el óxido nítrico y las hormonas vegetales giberelinas y los ácidos abscísico y salicílico. Nuestro enfoque incluye tanto la biosíntesis como el modo de acción de dichas hormonas en respuestas frente a factores de estrés bióticos y abióticos, así como procesos del desarrollo relacionados con transición entre fases (germinación de semillas, tiempo de floración y senescencia). Para coordinar los diferentes programas de desarrollo con la activación de respuestas a estrés, la planta dispone de redes de señalización interconectadas que permiten, por un lado definir jerarquías y, por otro, el uso de componentes comunes que actúan como nodos de intercomunicación entre varias rutas de señalización. Estamos especialmente interesados en estudiar aquellos nodos en los que el NO interacciona funcionalmente con otras hormonas y descifrar el modo mediante el que regula el crecimiento de las plantas. Particularmente importante es el papel de los factores de transcripción. El grupo ha trabajado intensamente en los últimos años en el proyecto TRANSPLANTA dirigido a la caracterización, con perspectiva ómica, de los factores de transcripción de Arabidopsis. En este sentido, en el 2013 se ha concluido la elaboración de una colección de líneas transgénicas que expresan condicionalmente alrededor de 1000 factores de transcripción y que han sido puestas a la disposición de la comunicación científica internacional. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

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

Regulación del tiempo de floración en respuesta a estrés. Función del gen PCC1 como integrador de defensa y desarrollo.

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

Fig. 1 Co-localización de PCC1-GFP y FM4-64 en membrana plasmática Fig. 1 PCC1-GFP and FM4-64 co-localization in plasma membrane

Fig. 2 PCC1-GFP en estomas mediante microscopía confocal Fig. 2 PCC1-GFP in stomata under confocal microscopy


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HORMONAL REGULATION OF THE INTERACTION BETWEEN DEFENSE AND DEVELOPMENT Our group is focused on the analysis of cross-talk mechanisms between defense and development in plants with a special emphasis on the coordinated action of phytohormones. Our main experimental system is Arabidopsis thaliana and we perform varied technical approaches including biochemical, genetic and molecular and cellular biology techniques as well as genomics and proteomics to study the functional interaction between nitric oxide and several hormones including gibberellins, ABA and salicylic acid. Our methodological approach includes the study of the biosynthesis and hormone action of the different hormones in the context of the activation of responses to biotic and abiotic stresses as well as in the frame of different developmental phase transitions including seed germination, flowering and senescence. To ensure a coordinated performance of developmental programs and defense responses, plants display a tightly interconnected network of signaling pathways enabling the establishment of hierarchy on one side but, on the other hand, taking advantage of common signaling components that wok as nodes or hubs. Our approach is particularly focused on studying the nodes involved in the cross-talk between NO and other hormones as well as to elucidate the mechanism underlying regulation of plant growth. Remarkably important is the regulatory role of transcription factors. The group has been deeply involved in the TRANSPLANTA project aiming to characterize with an omics perspective the function of Arabidopsis transcription factors. Regarding this, during 2013 we completed the generation of a collection of transgenic lines conditionally expressing around 1000 transcription factors, which has been made available to international scientific community. RESEARCH LINES

Biosynthesis and mode of action of nitric oxide. Interactions with ABA and gibberellins.

Regulation of flowering time under stress. Functional characterization of PCC1 as an integrator of plant defense and development.

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


PU MIR, R.; HERNÁNDEZ, M.L.; ABOU-MANSOUR, E.; MARTÍNEZ-RIVAS, J.M.; MAUCH, F.; MÉTRAUX, J.-P.; LEÓN, J. (2013) Pathogen and Circadian Controlled 1 (PCC1) regulates polar lipid content, ABA-related responses, and pathogen defence in Arabidopsis thaliana. Journal of Experimental Botany, 64, 3385-3395


PU León, J. (2013) ‘Role of Plant Peroxisomes in the Production of Jasmonic Acid-Based Signals’ in ‘Peroxisomes and their Key Role in Cellular Signaling and Metabolism’ Pag. 299-313 Tesis Doctorales Doctoral Theses

PU

Ricardo Mir Moreno. Caracterización molecular y funcional del gen Pathogen and Circadian Controlled 1 (PCC1) en Arabidopsis thaliana. UPV Director Tesis: León, J. Proyectos Projects

PU

‘El óxido nítrico como modulador de la señalización mediada por ABA y giberelinas en Arabidopsis’ MICINN BIO2011-27526 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 IP: J. León ‘Función y potencial Biotecnológico de los factores de transcripción de las

Plantas’CSD2007-00057 Del 01/10/2007 al 30/04/2013 IP: J. León


Fig. 3 Tinción GUS en plántulas jóvenes pPCC1:GUS Fig. 3 GUS staining of young pPCC1:GUS seedlings

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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)

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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)

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Investigador de Plantilla / Contracted Researchers Pablo Vera (Profesor de Investigación CSIC / Research Professor-CSIC) Investigaodres Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Jose Luis Carrasco Jiménez Lourdes Castelblanque Soriano Mª José Castelló Llopis Ana López Llopis Vicente Ramírez García Cristina Martí Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Carlos Angulo Cristina Codes Sáez Javier García-Andrade Serrano Beatriz Gonzalez García Ayudante Investigación / Reseach Assistants Begoña Balaguer Zamora Marianela Orozco Mª Dolores Arocas Marina Moliner

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.

BIOTECNOLOGÍA Y MEJORA VEGETAL DE ESPECIES CULTIVADAS

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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

RAMÍREZ, V.; LÓPEZ, A.; MAUCH-MANI, B.; GIL, M.J.; VERA, P. (2013) An Extracellular Subtilase Switch for Immune Priming in Arabidopsis. PLoS Pathogens, 9(6), e1003445

GARCÍA-ANDRADE, J.; RAMÍREZ, V.; LÓPEZ, A.; VERA, P. (2013) Mediated

Plastid RNA Editing in Plant Immunity. PLoS Pathogens, 9(10), e1003713

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

PLANT BREEDING AND BIOTECHNOLOGY OF CROP SPECIES

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Vicente Moreno Ferrero (Catedrático de Universidad / Full-Professor University) Alejandro Atarés Huerta (Profesor Contratado Doctor / Professor) 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

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

MEDINA, M; ROQUE, E.; PINEDA, B.; CAÑAS, L.; RODRÍGUEZ-CONCEPCIÓN, M.; BELTRÁN, J.P.; GÓMEZ-MENA, C. (2013) Early anther ablation triggers parthenocarpic fruit development in tomato. Plant Biotechnology Journal, 11(6), 770-779

MOLINA, M.D.C.; LÓPEZ, C.G.; STALTARI, S.; CHORZEMPA, S.E.; MORENO, V.

(2013) Cryptic homoeology analysis in species and hybrids of genus Zea. Biologia Plantarum, 57, 449-456


PU

Elena Moyano Solera ‘Sobreexpresión de genes en tomate y generación de líneas T-DNA en la especie silvestre Solanum pennellii para identificar determinantes de la tolerancia al estrés hídrico y salinidad’ Directores de Tesis: MªCarmen Bolarín / Alejandro Atarés

Cursos Courses

PU A. ATARÉS “Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas” IBMCP-UPV 130 Horas Proyectos Projects

PU

‘Generation of tetraploids in watermelon and interspecific crosses by embryo rescue’ Proyecto con empresa Rijk Zwaan Breeding BV. The Netherlands. De Junio 2012 a Diciembre 2014 IP: V. Moreno ‘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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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.


PU

JUAREZ, P.; HUET-TRUJILLO, E.; SARRION-PERDIGONES, A.; FALCONI, E.E.; GRANELL, A.; ORZAEZ, D. (2013) Combinatorial analysis of secretory immunoglobulin A (sIgA) expression in plants. International Journal of Molecular Sciences, 14, 6205-6222

JULVE, J.M.; GANDÍA, A.; FERNÁNDEZ-DEL-CARMEN, A.; SARRION-

PERDIGONES, A.; CASTELIJNS, B.; GRANELL, A.; ORZAEZ, D. (2013) A coat-independent superinfection exclusion rapidly imposed in Nicotiana benthamiana cells by tobacco mosaic virus is not prevented by depletion of the movement protein. Plant Molecular Biology, 81, 553-564

RUBIO-MORAGA, A.; AHRAZEM, O.; RAMBLA, J.L.; GRANELL, A.; GÓMEZ

GÓMEZ, L. (2013) Crocins with High Levels of Sugar Conjugation Contribute to the Yellow Colours of Early-Spring Flowering Crocus Tepals. PLoS ONE, 8(9), e71946

TIKUNOV, Y.M.; MOLTHOFF, J.; DE VOS, R.C.H.; BEEKWILDER, J.; VAN

HOUWELINGEN, A.; VAN DER HOOFT, J.J.J.; NIJENHUIS-DE VRIES, M.; LABRIE, C.W.; VERKERKE, W.; VAN DE GEEST, H.; ZAMORA, M.V.; PRESA, S.; RAMBLA, J.L.; GRANELL, A.; HALL, R.D.; BOVY, A.G. (2013) Non-smoky GLYCOSYLTRANSFERASE1 prevents the release of smoky aroma from tomato fruit. Plant Cell, 25, 3067-3078

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers

Antonio Granell (Profesor de Investigación CSIC) Diego Orzáez Calatayud (Científico Titular CSIC)

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Josefina Patricia Fernández Moreno Paloma Juárez Ortega Gerardo Sanchez Becario Pre-doctoral Alejandro Sarrión Perdigones Marta Vazquez Vilar Estefanía Huet Trujillo Flor Cocaliadis

Técnicos Superiores de Laboratorio / Senior level Laboratory Technicians M. Asunción Fernández del Carmen José Luis Rambla Nebot Clara Pons Puig Jose Manuel Julve Parreño Silvia Presa Castro


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PLANT GENOMICS AND BIOTECHNOLOGY 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.

PU ZHANG, Y.; BUTELLI, E.; DE STEFANO, R.; SCHOONBEEK, H.-J.; MAGUSIN, A.;

PAGLIARANI, C.; WELLNER, N.; HILL, L.; ORZAEZ, D.; GRANELL, A.; JONES, J.D.G.; MARTIN, C. (2013) Anthocyanins double the shelf life of tomatoes by delaying overripening and reducing susceptibility to gray mold. Current Biology. 23, 1094-1100

HERRANZ, M.C.; NIEHL, A.; ROSALES, M.; FIORE, N.; ZAMORANO, A.;

GRANELL, A.; PALLAS, V. (2013) A remarkable synergistic effect at the transcriptomic level in peach fruits doubly infected by prunus necrotic ringspot virus and peach latent mosaic viroid. Virology Journal, 10: 164

ARAGÜEZ, I.; OSORIO, S.; HOFFMANN, T.; RAMBLA, J.L.; MEDINA-ESCOBAR,

N.; GRANELL, A.; BOTELLA, M.Á.; SCHWAB, W.; VALPUESTA, V. (2013) Eugenol production in achenes and receptacles of strawberry fruits is catalyzed by synthases exhibiting distinct kinetics. Plant Physiology, 163, 946-958

HUESO, L.; PONS, C.; MARTÍNEZ, A.; O'CONNOR, J.E.; ORZAEZ, D.;

GRANELL, A. (2013) A VIN1 GUS:: GFP fusion reveals activated sucrose metabolism programming occurring in interspersed cells during tomato fruit ripening. Journal of Plant Physiology, 170, 1113-1121

Tesis Doctorales Doctoral Theses PU

PU FERNANDEZ-MORENO, J.P.; ORZAEZ, D.; GRANELL, A. (2013)

VIGS: a tool to study fruit development in Solanum lycopersicum. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) 975, 183-196

SÁNCHEZ, G.; VENEGAS-CALERÓN, M.; SALAS, J.J.; MONFORTE,

A.; BADENES, M.L.; GRANELL, A. (2013) An integrative " omics" approach identifies new candidate genes to impact aroma volatiles in peach fruit. BMC Genomics, 14:343

FERNANDEZ DEL CARMEN, A.; GRANELL, A.; ORZAEZ, D (2013) Recombinant jacalin-like lectins are produced at high levels in N. benthamiana and retain agglutination activity and sugar specificity. Journal of Biotechnology, 163, 391-400

SARRION-PERDIGONES, A.; VAZQUEZ-VILAR, M.; PALACÍ, J.;

CASTELIJNS, B.; FORMENT, J.; ZIARSOLO, P.; BLANCA, J.; GRANELL, A.; ORZAEZ, D. (2013) Goldenbraid 2.0: A comprehensive DNA assembly framework for plant synthetic biology. Plant Physiology, 162, 1618-1631

Cursos Courses PU D. Orzaez ‘Molecular Farming Cost Action FA0804 Meeting’ UPV 20 Horas D.Orzaez ‘Training School On Multiple Gene Assembly Technologies For Metabolic Engineering And Fruit Biotechnology’ UPV 40 Horas D. Orzez ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 35 Horas A. Granell ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas

Gerardo Sánchez ‘Cartografiado de QTLs y genes candidato asociados a metabolitos determinantes de la calidad de fruto en melocotón’ UPV Director Tesis: A. Granell

Proyectos Projects

‘Fabricando tomates saludables: biopiezas para intragenesis y molecular farming en solanáceas’ MICINN BIO2010-15384 Del 01/01/2011 al 31/12/2013 IP: D. ORZAEZ ‘Producción de proteínas terapeúticas en biofactorias vegetales. Protebiov’ IPT-2011-0720-010000 Del 04/05/2011 al 31/12/2014 IP: D. ORZAEZ

Patentes Patents

Orzaez, D.; Julve, JM; Granell, A.; Sarrion-Perdigones, A.; Gutierrez-Cabrera , C (2013) “Método de producción de repertorios complejos de proteínas recombinantes”( PCT/ES2013/070653 )


PU

A. Granell and J.L. Rambla (2013) ‘Biosynthesis of volatile compounds In Fruit Ripening’ in ‘The Molecular Biology and Biochemistry of Fruit Ripening’ Pp. 135-161

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Antonio J Monforte Gilabert (Científico Titular CSIC / Research Scientific CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctorals Researchers Aurora Díaz Bermúdez

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Gerardo Sánchez Walter Barrantes Santamaría Investigadores Pre-doctorales visitants / Pre-Doctorals Visitors Researchers Daniela Poma Técnicos de Laboratorio / Laboratory Technicians Soledad Casal Ventura Estudiante Máster / Master Student Pablo Pérez Moreno

GENÓMICA EN MEJORA VEGETAL El principal objetivo es la aplicación de la genómica para la disección de genes o de QTLs implicados en caracteres de calidad de fruto en especies de interés agronómico, fundamentalmente hortícolas. Nuestro cuerpo teórico se entronca en la genética de poblaciones, genética cuantitativa, evolución y teoría de la mejora que integramos con la agronomía, biología molecular y genómica. Pretendemos generar conocimiento y herramientas que sean útiles para el desarrollo de nuevos cultivares que respondan a las necesidades actuales del sector, así como, conocimiento básico para comprender mejor las bases genéticas y, moleculares de la variación fenotípica de los caracteres de fruto. Utilizamos marcadores moleculares, genotipado de alto rendimiento, mapas genéticos, análisis de QTLs y desarrollo de líneas de introgresión o QTL-NILs, con un énfasis especial en el descubrimiento de nueva variabilidad genética a partir de especies silvestres o germoplasma no adaptado. Los proyectos concretos que estamos desarrollando son: (1) Caracterización de QTLs implicados en la morfología del fruto y en la domesticación de melón. A partir de varias poblaciones de mapeo, hemos localizado QTLs implicados en la forma del fruto y estamos caracterizándolos para comprender mejor las bases genéticas de éste carácter. 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. (2) 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 estamos diseccionar genéticamente caracteres de calidad de fruto como morfología, color, contenido en azúcares, acidez y compuestos volátiles.

Figura 1. 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 1. 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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GENOMICS IN PLANT BREEDING The principal scientific objective is the application of genomics to dissect genes or QTLs involved in fruit quality traits in horticultural species. Our theoretical framework has its roots in population genetics , quantitative genetics , evolution and breeding theory that we integrate with agronomy , molecular biology and genomics . We aim to generate knowledge and tools that are useful for the development of new cultivars that meet the current needs of the sector, 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 a special emphasis on the discovery of new genetic variation from wild or unadapted germplasm . The specific projects we are developing are: (1 ) Characterization of QTLs involved in fruit morphology and domestication of melon. From several mapping populations , we have located QTLs involved in fruit shape and are characterizing them to better understand the genetic basis of this character. We have also located QTLs involved in crop domestication, as the increase in size and content of edible flesh from wild to cultivated melons. ( 2) 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.


ESTERAS, C.; FORMISANO, G.; ROIG, C.; DÍAZ, A.; BLANCA, J.; GARCIA-MAS, J.; GÓMEZ-GUILLAMÓN, M.L.; LÓPEZ-SESÉ, A.I.; LÁZARO, A.; MONFORTE, A.J.; PICÓ, B. (2013) SNP genotyping in melons: Genetic variation, population structure, and linkage disequilibrium. TAG, Theoretical and applied genetics, Theoretische und angewandte Genetik, 126, 1285-1303

VEGAS, J.; GARCIA-MAS, J.; MONFORTE, A.J. (2013) Interaction between

QTLs induces an advance in ethylene biosynthesis during melon fruit ripening. TAG, Theoretical and applied genetics, Theoretische und angewandte Genetik, 126, 1531-1544

SÁNCHEZ, G.; VENEGAS-CALERÓN, M.; SALAS, J.J.; MONFORTE, A.;

BADENES, M.L.; GRANELL, A. (2013) An integrative " omics" approach identifies new candidate genes to impact aroma volatiles in peach fruit. BMC Genomics, 14:343

Cursos Courses

A. Monforte ‘Genetic Association Analysis’ Mediterranean Agronomic Institute of Chania, Chania, Grecia. 44 Horas A. Monforte ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas Tesis Doctorales Doctoral Theses

Gerardo Sánchez ‘Cartografiado de QTL y genes candidatos asociados a metabolitos determinantes de la calidad de fruto en melocotón’ UPV Directores de Tesis: A. Granell / A. Monforte

Proyectos Projects

‘Sugars and fruit quality in melon’ PIM2010PKB-00691 Del 10/03/2011 al 28/02/2013 IP: A. Monforte ‘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 ‘El transporte por el floema, una nueva herramienta para mejora’ UPPTE/2012/159 01/01/2013 al 31/12/2013 IP: Mª Belén Picó ‘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. Efecto de un QTL involucrado en el contenido en pulpa comestible. Tras el cruzamiento entre la variedad “Piel de Sapo” y el silvestre “Trigonus” se mapeó un QTL implicado en el contenido en pulpa. Los frutos (A) contiene los alelos de “Piel de Sapo”, mientras que los frutos (B) contienen los alelos del silvestre “Trigonus”, confirmándose los efectos de dicho QTL implicado en domesticación. Figure 2. Effect of a QTL involved in edible flesh content. A QTL involved in that trait was mapped from the cross between the variety “Piel de Sapo” and the wild melon “Trigonus”. The (A) fruits contain “Piel de Sapo” alleles, where the (B) fruits contain the “Trigonus” allees, showing their effects of that QTL involved in domestication.


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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.)

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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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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers

Jose Miguel Mulet Salort (Profesor Contratado Doctor UPV / Professor UPV) Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Ana Cristina Izquierdo Garcia

Khaled Taibi

Estudiante Trabajo Fin de Carrera y Fin de Máster / Final Year undergraduate Project and Master’s Thesis Students Jose Gabriel Descals

Victoria Barja Afonso

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). Una vez caracterizados, en una siguiente etapa, tratamos de introducirlos en plantas de cultivo para ver su capacidad para conferir tolerancia a stress y su potencial para optimizar cultivos con interés agronómico.

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. En colaboración con el grupo de Carmina Gisbert en el COMAV hemos introducido estos genes en diferentes solánaceas y cucurbitáceas. También hemos iniciado recientemente una línea de colaboración con el grupo de A.D. Campo tratando de caracterizar a nivel molecular las características que hacen que diferentes poblaciones naturales de pino sean más resistentes a frío o sequía que otras, de cara a programas de repoblación asistida.

ESTRÉS ABIÓTICO

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CELLULAR GROWTH AND MOLECULAR TARGETS OF ABIOTIC STRESS Growth (mass accumulation) is a complex process that will determine the final size of the organisms. Abiotic stress is one of the factors that negatively determines plant growth, preventing it to attain its potential maximum size. At the physiological level abiotic stress is well characterized, even though, we do not have a detailed description of the molecular processes that act as limiting factors under abiotic stress conditions (mainly cold and drought). Our interest is to identify this abiotic stress molecular targets and determine its interrelations with the molecular mechanisms that drive cell mass accumulation. Our research is performed in the model systems baker’s yeast (Saccharomyces cerevisiae) and Arabidopsis thaliana in plants. One chacterized those limiting factors, in the following step we use them to transform crop plants in order to characterize its ability to confer stress tolerance and its potential to generate new crops with improved abiotic stress tolerance. At this moment our interest is focused on different genes that we have already identified in the laboratory as potential molecular targets of cold and drought stress. Specifically the cold tolerance determined by the CRIO1-3 genes, CRIO4 and CRIO5, and the drought tolerance by XERO1 and XERO2. In collaboration with the group of Cramina Gisbert in the COMAV we have introduced these genes in differente solanum and cucubitum species. We have alsos started a collaboration with the group of A.D. del Campo consisting on the charcterization at the molecular level of the treats that determine that different natural pine tree populations culb be stress resistants and other stress sensitive. We paln to apply this knowledge to assited migration programmes.

MULET, J.M. (2013) Ciencia y alimentación ecológica. Investigación y Ciencia, 1(446),42

MULET, J.M.; LLOPIS-TORREGROSA, V.; PRIMO, C.; MARQUÉS, M.C.;

YENUSH, L. (2013) Endocytic regulation of alkali metal transport proteins in mammals, yeast and plants. Current Genetics, 59, 207-230

SAINZ, M.; PÉREZ-RONTOMÉ, C.; RAMOS, J.; MULET, J.M.; JAMES, E.K.;

BHATTACHARJEE, U.; PETRICH, J.W.; BECANA, M. (2013) Plant hemoglobins may be maintained in functional form by reduced flavins in the nuclei, and confer differential tolerance to nitro-oxidative stress. Plant Journal, 76(5), 875-887

RIOS-GARCIA, G.; CABEDO-LOPEZ, M.; RULL-COSTA, B.; YENUSH, L.;

SERRANO, R.; MULET, J.M. (2013) Role of the yeast multidrug transporter Qdr2 in cation homeostasis and the oxidative stress response. FEMS Yeast Research, 13(1) 97-106

Capítulos de Libro Chapters of Book

Mulet, J.M. (2013) ‘La Ozonoterapia no vale para todo’ in ‘Grandes Enigmas de la Ciencia. Las curiosidades más soprendentes de nuestro mundo’ Pag. 74-76 Mulet, J.M. (2013) ‘Salud, timos y agua de mar’ in ‘Grandes Enigmas de la Ciencia. Las curiosidades más soprendentes de nuestro mundo’ Pag. 64-66 Mulet, J.M. (2013) ‘El Concepto de Natural O Ecológico en el Supermercado. Ciencia Y Legislación’ in ‘El Derecho agrario valenciano y su aplicación a la empresa familiar agroalimentaria y los usos del suelo: aspectos jurídicos y económicos’ Pag. 139-146


Gaetano Bissoli ‘Prolyl isomerases are important determinants of intracellular pH homeostasis in Arabidopsis thaliana’ UPV Directores de Tesis: R. Serrano / J.M. Mulet

Cursos Courses

Mulet, J.M. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 100 Horas

ABIOTIC STRESS

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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 Héctor Sánchez Rodríguez Marina Martínez Fuertes Francisco José Ramos Sánchez Técnico Superior Especializado / Senior Technical Specialist Ricardo Gil Ortíz Estudiantes de intercambio / Exchange Students Alexandra-Oana Gaspar Andrea-Mariana Pacurar Mihaela - Loredana Morosan Maria Eduarda Moreira Pinheiro dos Santos Oliveira Sara Priscila Lopes de Abreu

Visitantes / Visitors Dhikra Zayoud

MECANISMOS DE TOLERANCIA AL ESTRÉS ABIÓTICO EN PLANTAS

El trabajo del grupo se centra en el estudio de los mecanismos bioquímicos y fisiológicos 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 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. Paradójicamente, la inmensa mayoría de estos estudios se han realizado utilizando el sistema modelo de Arabidopsis thaliana, que no nos parece el más adecuado para investigar mecanismos de tolerancia a estrés – por tratarse de una especie no tolerante. Por ello, hace algunos años iniciamos nuestra línea de investigación actual, centrándonos en especies silvestres adaptadas a distintos tipos de estrés ambiental en sus hábitats naturales: halófitas, presentes en hábitats salinos; gipsófitas, adaptadas a suelos yesíferos; y xerófitas, plantas de ambientes áridos y semiáridos. En esta línea, y en colaboración con profesores de la UPV de las áreas de Botánica y Edafología, en los últimos años hemos investigando la activación de mecanismos específicos de tolerancia a estrés abiótico en condiciones naturales, en un número representativo de especies tolerantes. Para ello, hemos determinado cambios estacionales en varios marcadores bioquímicos, característicos de rutas específicas de respuesta a estrés, para correlacionarlos con el grado de estrés ambiental a que están sometidas las plantas, estimado a partir de la medida de distintos parámetros del suelo y de datos meteorológicos. Más recientemente, hemos ampliado nuestros estudios al análisis comparativo de las respuestas a estrés de especies muy relacionadas genéticamente (especies taxonómicamente próximas del mismo género), pero con distintos niveles de tolerancia. Estas estrategias experimentales, complementarias a abordajes más convencionales, nos están permitiendo obtener información novedosa y de interés con respecto a los mecanismos fisiológicos de respuesta a estrés ambiental de las plantas en sus hábitats naturales, y sobre su contribución relativa a los mecanismos de tolerancia de una especie determinada, distinguiendo así aquellas respuestas que son ecológicamente relevantes de las que no lo son.

ESTRÉS ABIÓTICO

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MECHANISMS OF TOLERANCE TO ABIOTIC STRESS IN PLANTS

The group's work focuses on the study of the

biochemical and physiological response mechanisms of plants against abiotic stress and how, in some cases, these responses result in stress tolerance. We are especially interested in tolerance to drought and high soil salinity, which are the environmental conditions that cause the greatest losses in global agricultural production, as well as largely determine the distribution of plant species in nature. Paradoxically, the vast majority of these studies have been performed using the model plant Arabidopsis thaliana, which does not seem to us to be the most appropriate system to investigate mechanisms of stress tolerance – since it is a non-tolerant species. Thus, some years ago we began our current line of research focusing on wild species adapted to different types of environmental stress in their natural habitats: halophytes, present in saline habitats; gypsophytes, adapted to gypsum soils; and xerophytes, plants of arid and semiarid environments. In this line, and in collaboration with UPV professors from the Botany and Soil Science areas, in recent years we have investigated the activation of specific mechanisms of abiotic stress tolerance under natural conditions, in a representative number of tolerant plant species. To do this, we have determined seasonal changes in several biochemical markers characteristic of specific stress response pathways, which were then correlated with the degree of environmental stress affecting the plants, estimated from measurement of various soil parameters and meteorological data. More recently, we have extended our studies to the comparative analysis of the responses to stress of species closely related genetically (taxonomically related species of the same genus), but with different levels of tolerance. These experimental strategies, complementary to more conventional approaches, are allowing us to obtain novel and interesting information regarding the physiological mechanisms of response to environmental stress of plants in their natural habitats, and their relative contribution to the mechanisms of tolerance in a given species, thus distinguishing those responses that are ecologically relevant from those which are not.

GLAIED GHRAM, I.; BELGUITH, H.; MESSAOUDI, A.; FATTOUCH, S.; VICENTE, O.; BEN HAMIDA, J. (2013) Amplification of the active site of BnLIP3 gene of Brassica napus L. during germination. African Journal of Biotechnology, 12, 3905-3913

GIL, R.; MOLINA, L.; NARANJO, M.A.; ATARES, S.; VICENTE, O. (2013)

Efectos de la aplicación de Terrabion®, un bioestimulante a base de aminoácidos, en el crecimiento y contenido en prolina en plantas de tomate cherry sometidas a condiciones de estrés. Agrícola Vergel, 32, 364-372

GASPAR, A.; AL HASSAN, M.; PACURAR, A.; VICENTE, O.; BOSCAIU, M.

(2013) Comparative analysis of osmolyte accumulation in three Juncus species, in response to abiotic stress. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, 70, 245-246

GIL, R.; BOSCAIU, M.; LULL, C.; BAUTISTA, I.; LIDÓN, A.; VICENTE, O. (2013)

Are soluble carbohydrates ecologically relevant for salt tolerance in halophytes?. Functional Plant Biology, 40(9), 805-818

PARRA, L.; LLINARES, J.; BOSCAIU, M.; DONAT TORRES, M.P.; VICENTE, O.;

BOIRA H. (2013) Effects of ion uptake for salt tolerance in several Mediterranean halophytes. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, 70, 257-258

BOSCAIU, M.; LULL, C.; LLINARES, J.; VICENTE, O.; BOIRA, H. (2013) Proline

as a biochemical marker in relation to the ecology of two halophytic Juncus species. Journal of Plant Ecology-UK, 6, 177-186

BOSCAIU, M.; BAUTISTA, I.; LIDÓN, A.; LLINARES, J.; LULL, C.; DONAT, P.;

MAYORAL, O.; VICENTE, O. (2013) Environmental-dependent proline accumulation in plants living on gypsum soils. Acta Physiologiae Plantarum, 35, 2193-2204

PACURAR, A.; AL HASSAN, M.; GASPAR, A.; BOSCAIU, M.; VICENTE, O.

(2013) Stress-induced accumulation of osmoprotectants in four Plantago species. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, 70, 255-256

Cursos Courses

Bioquímica y Biología Molecular de Plantas Avanzada’ en Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas. IBMCP-UPV. 60 Horas.

‘Ingeniería Genética Molecular’ en Titulación Ingeniero Agrónomo. UPV 45Horas ‘Bioquímica y Biología Molecular de Plantas’ en Grado Biotecnología. UPV. 55 Horas ‘Fundamentos Químicos y Bioquímicos de los Procesos Alimentarios’ en la Titulación de Ingeniero Agrónomo. 22 Horas.

‘Biotechnological Applications of Halophytes’ Comenius University, Bratislava (Eslovaquia) 5 Horas ‘Biotechnological Applications of Halophytes’ University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine (USAMV), Cluj-Napoca (Rumania) 8 Horas


VICENTE, O.; BOSCAIU, M. (2013) Biotechnological applications of halophytes. Current Opinion in Biotechnology, 24, 25

BOSCAIU, M.; VICENTE, O. (2013) Halophytic crops for a salinising

world. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, 70, 1-9

Proyectos Projects

'Estudio de los efectos protectores de bioestimulantes frente a estres abiotico en levaduras y plantas de tomate' CDTI 2010 Del 22/12/2010 al 22/06/2013 IP: O. VICENTE

ABIOTIC STRESS

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Markus Proft (Científico Titular CSIC / Research Scientific CSIC) Amparo Pascual-Ahuir Giner (Profesora Titular UPV / Research Professor UPV)

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctorals Researchers Alba Timón Gómez Alessandro Rienzo Estudiantes TFC / Final Year Undergraduate Project student Sara Manzanares Estreder Elena Vanacloig Pedros Daniel Poveda Huertes

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.

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

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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.


MARTÍNEZ-MONTAÑÉS, F.; RIENZO, A.; POVEDA-HUERTES, D.; PASCUAL-AHUIR, A.; PROFT, M. (2013) Activator and repressor functions of the Mot3 transcription factor in the osmostress response of Saccharomyces cerevisiae. Eukaryotic Cell, 12, 636-647

DOLZ-EDO, L.; RIENZO, A.; POVEDA-HUERTES, D.; PASCUAL-AHUIR, A.;

PROFT, M (2013) Deciphering dynamic dose responses of natural promoters and single cis elements upon osmotic and oxidative stress in yeast. Molecular and Cellular Biology, 33(11), 2228-2240

TIMÓN-GÓMEZ, A.; PROFT, M.; PASCUAL-AHUIR, A. (2013) Differential

regulation of mitochondrial pyruvate carrier genes modulates respiratory capacity and stress tolerance in yeast. PLoS ONE, 8(11), e79405

Proyectos Projects

‘Regulación de la cromatina y de la estructura mitocondrial en respuesta a estrés osmótico’ BFU2011-23326 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 IP: M. Proft

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

ABIOTIC STRESS

Cursos Courses

A. Pascual-Ahuir ‘Biología Molecular Ingenería Genética Avanzada’ Máster Biotecnología Biomédica UPV 70 horas

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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 Gaetano Bissoli

Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Enric Sayas Montanyana Félix Martínez Macías Marcos Caballero Molada Técnicos Superiores Especializados / Senior Technical Specialist Maria Dolores Planes Ferrer Consuelo Montesinos de Lago

El trabajo con Arabidopsis thaliana se divide entres

temas:

a) Genes importantes para la homeostasis del pH

intracelular;

b) Genes que mejoran la tolerancia a sequía;

c) Genes que mejoran la longevidad de semillas.

En el primer caso hemos aislado 9 genes de

Arabidopsis que por sobre-expresión en Arabidopsis

mejoran la tolerancia a ácidos orgánicos débiles. Ya

publicados están la prolil-isomerasa ROF2 y la beta-

adaptina WAT1, ambos aumentan la expulsión de

protones en las raices.

En (b) tenemos un gen de Candida tropicais, HSR1, que

aumenta la tolerancia a sequía en Arabidopsis por

inducir cierre de estomas.

Y finalmente en (c) hemos aislado 4 genes de

Arabidopsis que por sobre-expresión aumentan la

longevidad de las semillas en Arabidopsis.

A: el mutante wat1-1D germina y crece mucho mejor que el control (wt) en presencia de ácidos débiles. B: el mutante wat1-1D regula mejor que el control (wt) su pH intracelular en presencia de ácidos débiles A: mutante wat1-1D germinates and grows better than control (wt) in presence of weak organic acids B: mutant wat1-1D regulates intracellular pH better than control (wt) in

presence of weak organic acids

ESTRÉS ABIÓTICO

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ION HOMEOSTASIS, CELLULAR STRESS AND GENOMICS Work with Arabidopsis thaliana is divided into three subjects: a) Genes important for intracellular pH homeostasis; b) Genes improving drought tolerance; c) Genes improving seed longevity. In the first case we have isolated 9 Arabidopsis genes that by over-expression in Arabidopsis improve tolerance to weak organic acids. Already published are the prolyl isomerase ROF2 (2012) and the beta-adaptin WAT1, both improve proton extrusion from roots. In (b) we have a gene from Candida tropicalis that improve drought tolerance in Arabidopsis by inducing stomata closure. Finally in (c), we have isolated 4 Arabidopsis genes that improve seed longevity upon over expression in Arabidopsis.


RIOS-GARCIA, G.; CABEDO-LOPEZ, M.; RULL-COSTA, B.; YENUSH, L.; SERRANO, R.; MULET, J.M. (2013) Role of the yeast multidrug transporter Qdr2 in cation homeostasis and the oxidative stress response. FEMS Yeast Research, 13(1) 97-106

NIÑOLES, R.; RUBIO, L.; GARCÍA-SÁNCHEZ, M.J.; FERNÁNDEZ, J.A.; BUESO,

E.; ALEJANDRO, S.; SERRANO, R. (2013) A dominant-negative form of Arabidopsis AP-3 β-adaptin improves intracellular pH homeostasis. Plant Journal, 74, 557-568


Daniele Sani ‘Evolución genómica por diseño molecular de levaduras industriales’ UPV Directores de Tesis: A. Navarro / R. Serrano

Proyectos Projects

‘Caracterización Molecular de la Implicación de la Proteína Kinasa GCN2 en estreses abióticos en plantas’ PAID-06-11 Del 01/12/2011 al 01/12/2013 IP: R. Serrano ‘Mecanismos de transmisión de señales durante el metabolismo de glocosa y la acidificación intracelular: ampliando las funciones de la proteína fosfatasa 1 y la proteína kinasa Gcn 2’ MICINN BFU2011-22526 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 IP: R. Serrano ‘Advancing yield stability and resource efficiency of crop plants (ADYSARC)’ EUI2009-03985 Del 01/12/2009 al 31/12/2013 IP: R. Serrano ‘Estudio de la relación entre crecimiento cellular, nutrición mineral y regulación del PH en la planta modelo Arabidopsis Thaliana’ PROMETEO/2010/038 Del 01/01/2010 al 31/12/2013 IP: R. Serrano

Cursos Courses

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

ABIOTIC STRESS

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

Investigadores Post-Doctorales / Post-Doctoral Researchers Pablo Torres

Investigadores Pre-Doctorales / Pre-Doctorals Researchers Isabel Faus

Técnicos de Laboratorio / Laboratory Technicians Carolina del Cerro Estudiantes Fin de Carrera / Final Year Undergraduate Project Student Laia Cañes Rosa Davia Paula Llabata

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 de la 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.

ESTRÉS ABIÓTICO

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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.


RODRIGUEZ-HERNANDEZ, C.J.; LLORENS-AGOST, M.; CALBÓ, J.; MURGUIA, J.R.; GUINOVART, J.J. (2013) Sodium tungstate modulates ATM function upon DNA damage. FEBS Letters, 587, 1579-1586

MAS, N.; GALIANA, I.; MONDRAGÓN, L.; AZNAR, E.; CLIMENT, E.; CABEDO,

N.; SANCENÓN, F.; MURGUÍA, JR; MARTÍNEZ-MÁÑEZ, R.; MARCOS, MD; AMORÓS, P. (2013) Enhanced Efficacy and Broadening of Antibacterial Action of Drugs via the Use of Capped Mesoporous Nanoparticles. Chemistry - A European Journal, 19(34), 11167-11171

CLIMENT, E.; MONDRAGÕN, L.; MARTÍNEZ-MÁÑEZ, R.; SANCENÕN, F.;

MARCOS, M.D.; MURGUÍA, J.R.; AMORÕS, P.; RURACK, K. (2013) Selective, highly sensitive, and rapid detection of genomic DNA by using gated materials: Mycoplasma detection. Angewandte Chemie - International Edition, 52(34), 8938-8942

CHIESA, M.A.; SICILIANO, M.F.; ORNELLA, L.; ROESCHLIN, R.A.; FAVARO,

M.A.; DELGADO, N.P.; SENDÍN, L.N.; ORCE, I.G.; PLOPER, L.D.; VOJNOV, A.A.; GADEA, J.; FILIPPONE, M.P.; CASTAGNARO, A.P.; MARANO, M.R. (2013) Characterization of a variant of Xanthomonas citri subsp. citri that triggers a host-specific defense response. Phytopathology, 103, 555-564

CASTILLO, M.-C.; FORMENT, J.; GADEA, J.; CARRASCO, J.L.; JUAREZ, J.;

NAVARRO, L.; ANCILLO, G. (2013) Identification of transcription factors potentially involved in the juvenile to adult phase transition in Citrus. Annals of Botany, 112(7), 1371-1381

Cursos Courses

Gadea, J. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 55 Horas Gadea, J. ’Máster Biotecnología’ Universidad de Cordoba 10 Horas

Proyectos Projects

‘Caracterización Molecular de la Implicación de la Proteina Kinasa GCN2 en estreses abióticos en plantas” PAID-06-11 Desde el 01/12/2011 al 01/12/2013 IP: J. Gadea ‘NANOMED-GLIO’ Ref. 20130196 Desde 01/01/2013 al 31/12/2013 UPV-IIS LaFe IP: J.R. Murguia ‘Mecanismos de transmisión de señales durante el metabolismo de glucosa y la acidificación intracelular: ampliando las funciones de la proteína fosfatasa 1 y la proteína Kinasa Gcn 2’ MICINN BFU2011-22526 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 IP: R. Serrano Participantes: J.R. Murguía / J. Gadea

ABIOTIC STRESS

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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 Ayudantes de Investigación /Research Assintants Alba Ferri Sara Martínez Delfina Ordoñez Pablo Sancho

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, SOS1 y AKT1 se regulan por fosforilación. Estamos investigando los mecanismos de esta regulación, que todavía se desconocen.

Localization of a yeast ion transport protein (Trk1 fused

to Green Fluorescent Protein) in wild type (left) and kinase

deletion mutants (hal4 hal5) (right). Vacuolar membranes

(red).

ESTRÉS ABIÓTICO

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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., 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? LINES OF INVESTIGATION: 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 SOS1 and AKT1 have been described to be regulated by phosphorylation. We are investigating the mechanisms of this regulation.


ROQUE, E.; SERWATOWSKA, J.; ROCHINA, M.C.; WEN, J.; MYSORE, K.S.; YENUSH, L.; BELTRÁN, J.P.; CAÑAS, L.A. (2013) Functional specialization of duplicated AP3-like genes in Medicago truncatula. Plant Journal, 73, 663-675

RIOS-GARCIA, G.; CABEDO-LOPEZ, M.; RULL-COSTA, B.; YENUSH, L.;

SERRANO, R.; MULET, J.M. (2013) Role of the yeast multidrug transporter Qdr2 in cation homeostasis and the oxidative stress response. FEMS Yeast Research, 13(1) 97-106

MULET, J.M.; LLOPIS-TORREGROSA, V.; PRIMO, C.; MARQUÉS, M.C.;

YENUSH, L. (2013) Endocytic regulation of alkali metal transport proteins in mammals, yeast and plants. Current Genetics, 59, 207-230

Cursos Courses

Y. Lynne ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 25 Horas

Proyectos Projects

‘Optimización de la tolerancia a estrés abiótico e infectividad de Metarhizium anisopliae por ingeniería genética para su uso en el control de plagas’ SP20120394 Del 01/01/2013 al 31/12/2013 IP: L.Yenush ‘The role of protein trafficking in ion and nutrient homeostasis in yeast’ MCINN BFU2011-30197-C03-03 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 IP: L. Yenush

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

et al., 2013)

ABIOTIC STRESS

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Investigadores de Plantilla / Contracted Research

Mario A. Fares Riaño (Científico Titular CSIC / Research Scientific CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Lorenzo Carretero Paulet Mario Xavier Ruiz González David Álvarez Ponce Técnicos Superiores Especializados / Senior Technical Specilist Kais Fares

Otros / Others José Aguilar Tahmineh Esfandani

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

ESTRÉS ABIÓTICO

93

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.


RUIZ-GONZÁLEZ, M.X.; FARES, M.A. (2013) Coevolution analyses illuminate the dependencies between amino acid sites in the chaperonin system GroES-L. BMC Evolutionary Biology, 13: 156

RUIZ-GONZÁLEZ, M.X.; LAUTH, J.; LEROY, C.; JAUNEAU, A.; GRYTA, H.;

JARGEAT, P.; DEJEAN, A.; ORIVEL, J. (2013) An efficient protocol for isolating melanised chaetothyrialean anamorphic fungi associated with plant-ants. Journal of Basic Microbiology, 53, 98-100

CAMPOS, F.; CUEVAS-VELAZQUEZ, C.; FARES, M.A.; REYES, J.L.;

COVARRUBIAS, A.A. (2013) Group 1 LEA proteins, an ancestral plant protein group, are also present in other eukaryotes, and in the archeae and bacteria domains. Molecular Genetics and Genomics, 288, 503-517

CARRETERO-PAULET, L.; ALBERT, V.A.; FARES, M.A. (2013) Molecular

evolutionary mechanisms driving functional diversification of the HSP90A family of heat shock proteins in eukaryotes. Molecular Biology and Evolution, 30, 2035-2043

CARRETERO-PAULET, L.; LIPSKA, A.; PÉREZ-GIL, J.; SANGARI, F.J.;

ALBERT, V.A.; RODRÍGUEZ-CONCEPCIÓN, M. (2013) Evolutionary diversification and characterization of the eubacterial gene family encoding DXR type II, an alternative isoprenoid biosynthetic enzyme. BMC Evolutionary Biology, 13, 180

HENDERSON, B.; FARES, M.A.; LUND, P.A. (2013) Chaperonin 60: A

paradoxical, evolutionarily conserved protein family with multiple moonlighting functions. Biological Reviews, 88, 955-987

FARES, M.A.; KEANE, O.M.; TOFT, C.; CARRETERO-PAULET, L.; JONES, G.W.

(2013) The Roles of Whole-Genome and Small-Scale Duplications in the Functional Specialization of Saccharomyces cerevisiae Genes. PLoS Genetics, 9(1), e1003176

SABLOK, G.; MUDUNURI, SB.; PATNANA, S.; POPOVA, M.; FARES, MA;

PORTA NL. (2013) ChloroMitoSSRDB: open source repository of perfect and imperfect repeats in organelle genomes for evolutionary genomics. DNA Research, 20(2), 127-133

ALVAREZ-PONCE, D.; AGUADÉ, M.; ROZAS, J. (2013) Comment on "the

molecular evolutionary patterns of the insulin/FOXO signaling pathway". Evolutionary Bioinformatics, 9, 229-234

ALVAREZ-PONCE, D.; LOPEZ, P.; BAPTESTE, E.; MCINERNEY, J.O. (2013)

Gene similarity networks provide tools for understanding eukaryote origins and evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States of America, 110, e1594-e1603

Cursos Courses

M. Fares ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas

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

ABIOTIC STRESS

94

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.)

95

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.)

96

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) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers María Pilar López Gresa Investigadores Pre-doctorales / Pre-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 Trabajo Fin de Carrera / Final Year undergraduate Project Student Ana Ruiz Pastor Marta Hernández Carretero Elias Kabbas Piñango María Ribes Moya

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.

ESTRÉS BIÓTICO

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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.


MUÑOZ-FAMBUENA, N.; MESEJO, C.; AGUSTÍ, M.; TÁRRAGA, S.; IGLESIAS, D.J.; PRIMO-MILLO, E.; GONZÁLEZ-MAS, M.C. (2013) Proteomic analysis of " Moncada" mandarin leaves with contrasting fruit load. Plant Physiology and Biochemistry, 62, 95-106

PLAZAS, M.; LÓPEZ-GRESA, M.P.; VILANOVA, S.; TORRES, C.; HURTADO, M.;

GRAMAZIO, P.; ANDÚJAR, I.; HERRÁIZ, F.J.; BELLÉS, J.M.; PROHENS, J. (2013) Diversity and relationships in key traits for functional and apparent quality in a collection of eggplant: Fruit phenolics content, antioxidant activity, polyphenol oxidase activity, and browning. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61, 8871-8879

HERNÁNDEZ-GIL, J.; FERRER, S.; CABEDO, N.; LÓPEZ-GRESA, M.P.;

CASTIÑEIRAS, A.; LLORET, F. (2013) Two copper complexes from two novel naphthalene-sulfonyl-triazole ligands: Different nuclearity and different DNA binding and cleavage capabilities. Journal of Inorganic Biochemistry, 125, 50-63

LISÓN, P.; TÁRRAGA, S.; LÓPEZ-GRESA, P.; SAURÍ, A.; TORRES, C.; CAMPOS,

L.; BELLÉS, J.M.; CONEJERO, V.; RODRIGO, I. (2013) A noncoding plant pathogen provokes both transcriptional and posttranscriptional alterations in tomato. Proteomics, 13, 833-844

Cursos Courses

Conejero, V. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas 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 30 Horas López-Gresa, M.P. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas

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

BIOTIC STRESS

98

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)

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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)

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

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

Evolutionary Systems Virology (S.F. Elena)

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

Titulados Superiores Especializados / Senior Technical Specialist Miryam Pérez Cañamás Estudiante Trabajo Fin de Carrera / Final Year undergraduate Project Student David Martínez Gabaldón Estancia Prácticas / Student Traineeships Anchel de Jaime Soguero Antonia García Alcaraz Raquel Bertí Martínez Cristina Fernández Soler

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.

Fig. 1 Detección de virus mediante bioensayo en Chenopodium quinoa e hibridación “tissue printing” Fig. 1 Virus detection through bioassay on Chenopodium quinoa plants and tissue printing hybridization

VIROLOGÍA MOLECULAR Y EVOLOUTIVA DE PLANTAS

101

Cursos Courses

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.

C. Hernández ‘Participación como profesor externo en Máster Universitario en Investigación en Biología Molecular, Celular y Genética’ Universidad de Valencia 2 Horas 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

Fig. 2 Análisis de la localización subcelular de proteínas virales fusionadas a proteínas fluorescentes

Fig. 2 Analysis of subcelullar localization of viral proteins tagged with fluorescent markers

PLANT MOLECULAR AND EVOLUTIONARY VIROLOGY

102

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Marcos De la Peña (Científico Titular CSIC / Research Scientific 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.

103

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

‘El autocorte del RNA como una actividad biológica universal: búsqueda de nuevos ribozimas, funciones y aplicaciones biotecnológicas’ MICINN BFU2011-23398. Del 01/01/2012 al 31/12/2014. IP: M. De la Peña

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


104

Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers José Antonio Daròs Arnau (Científico Titular CSIC / Research Scientific CSIC)

Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Mark Zwart Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Fernando Martínez García Eszter Majer Técnicos de Laboratorio / Technicians Laboratory Verónica Aragonés Blasco Teresa Cordero Cucart Trabajo Fin de Máster / Master’s Thesis Students Anna-Maria Treutler María Inmaculada Monzó Donat Trabajo Fin de Carrera / Final Year Undergraduate Project Student Irene Senabre López Paula Torres Borja David Ortiz Sánchez María Teresa Saura Sánchez Carmen Villanueva Ruiz Lidia Cerdán García Daniel Sancho Mensat Visitantes / Visitors Francesco Di Serio Danielle Gobatto Ines Maestro Inarejos

BIOTECNOLOGÍA DE VIRUS DE PLANTAS El grupo investiga las interacciones que se establecen a nivel molecular entre las plantas y algunos de sus patógenos, como son los virus y los viroides. Con ello se pretende avanzar en el conocimiento de conceptos básicos de la biología molecular de las enfermedades de las plantas, pero también poder desarrollar estrategias biotecnológicas para la protección, mejora e innovación en los cultivos. Nuestra investigación consiste en: (1) identificar los factores de la planta huésped implicados en el ciclo infeccioso de virus y viroides, (2) caracterizar bioquímica y funcionalmente las interacciones que se establecen entre los factores del patógeno y los factores de la planta huésped, y (3) desarrollar herramientas biotecnológicas para la protección, mejora e innovación en los cultivos basadas en el conocimiento de las interacciones planta-virus. Líneas de investigación:

Caracterización de factores del huésped implicados en el ciclo infeccioso de potyvirus y viroides.

Implicación de las proteínas P1 y HC-Pro de

los potyvirus en la traducción de proteínas en las células infectadas.

RNasas y ligasas del huésped implicadas en el

procesamiento de los RNAs viroidales durante su replicación.

Ingeniería metabólica de plantas mediante

vectores virales.

Identificación de genes de resistencia a virus de plantas.

Producción de RNAs recombinantes en

bacterias mediante un sistema que utiliza elementos de la biología de los viroides.


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PLANT VIRUS BIOTECHNOLOGY We research the interactions established at the molecular level between plants and some of their pathogens like viruses and viroids. With this, we pretend to advance in the knowledge of basic concepts of the molecular biology of plant diseases, but also to develop biotechnological strategies for crop protection, improvement and innovation. Our research consists of: (1) to identify host factors involved in the infectious cycles of viruses and viroids, (2) to characterize biochemically and functionally the interactions established between pathogen and host plant factors, and (3) to develop biotechnological tools for crop protection, improvement and innovation based on our knowledge about plant-pathogen interaction. Research lines: Characterization of host factors involved in the

infectious cycle of potyviruses and viroids.

Involvement of potyviral proteins P1 y HC-Pro on protein translation in infected cells.

Host RNases and ligases involved in viroid RNAs processing during replication.

Plant metabolic engineering using viral vectors.

Identification of resistance genes against plant viruses.

Production of recombinant RNAs in bacteria using elements of viroids biology.


CONTRERAS-PAREDES, C.A.; SILVA-ROSALES, L.; DARÓS, J.A.; ALEJANDRI-RAMÍREZ, N.D.; DINKOVA, T.D. (2013) The absence of eukaryotic initiation factor eIF(iso)4E affects the systemic spread of a Tobacco etch virus isolate in Arabidopsis thaliana. Molecular Plant-Microbe Interactions, 26, 461-470

MARTÍNEZ, F.; ELENA, S.F.; DARÒS, J.A. (2013) Fate of artificial microRNA-

mediated resistance to plant viruses in mixed infections. Phytopathology, 103, 870-876

LAFFORGUE, G.; MARTÍNEZ, F.; NIU, Q.-W.; CHUA, N.-H.; DARÒS, J.A.;

ELENA, S.F. (2013) Improving the effectiveness of artificial microRNA (amir)-mediated resistance against turnip mosaic virus by combining two amirs or by targeting highly conserved viral genomic regions. Journal of Virology, 87, 8254-8256

RODRIGO, G.; LANDRAIN, T.E.; MAJER, E.; DARÒS, J.A.; JARAMILLO, A.

(2013) Full Design Automation of Multi-State RNA Devices to Program Gene Expression Using Energy-Based Optimization. PLoS Computational Biology, 9(8), e1003172

MAJER, E.; DARÒS, J.A.; ZWART, M.P. (2013) Stability and fitness impact of

the visually discernible Rosea1 marker in the Tobacco etch virus genome. VIRUSES, 5, 2153-2168


uillaume harles . afforgue ‘Resistance to virus infection mediated by artificial microRNAs: estimating the likelihood of escape mutants’ Universidad de Valencia. Directores: S.F. Elena / J.A. Daròs

Proyectos Projects

‘Patógenos de RNA de plantas: interacción con el huésped y desarrollo de herramientas biotecnológicas’ MICINN BIO2011-26741 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 IP: J.A. Daròs ‘Producción de un inóculo comercializable de la cepa avirulenta ATCC PV-593 del potyvirus del mosaico amarillo del calabacín para su uso en protección cruzada de cucurbitáceas frente a cepas virulentas de dicho virus’ INVESTIGACIONES Y APLICACIONES BIOTECNOLÓGICAS S.L. CSIC 13/0606 IBMCP IAB Del 23/09/2012 al 22/02/2013 IP: J.A. Daròs


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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Ricardo Flores Pedauyé (Profesor de investigación CSIC / Research Professor CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Sonia Delgado Villar Susana Ruiz Ruiz Pedro Serra Alfonso Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Sofia Minoia Maria-Desamparados Ahuir Roca

Visitiantes / Visitors Walter S. Davino Roberta Spàno

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.


107

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.


DI SERIO, F.; STRADIS, A.; DELGADO, S.; FLORES, R.; NAVARRO, B. (2013) Cytopathic effects incited by viroid RNAs and putative underlying mechanisms. Frontiers in Plant Science, 3, 288

VERHOEVEN, J.T.J.; MEEKES, E.T.M.; ROENHORST, J.W.; FLORES, R.; SERRA,

P. (2013) Dahlia latent viroid: A recombinant new species of the family Pospiviroidae posing intriguing questions about its origin and classification. Journal of General Virology, 94, 711-719

RUIZ-RUIZ, S.; SOLER, N.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A; FAGOAGA, C.; LÓPEZ,

C.; NAVARRO, L.; MORENO, P.; PEÑA, L.; FLORES, R. (2013) Citrus tristeza virus p23: Determinants for nucleolar localization and their influence on suppression of RNA silencing and pathogenesis. Molecular Plant-Microbe Interactions, 26, 306-318

FLORES, R.; RUIZ-RUIZ, S.; SOLER, N.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A; FAGOAGA,

C.; LÓPEZ, C.; NAVARRO, L.; MORENO, P.; PEÑA, L. (2013) Citrus tristeza virus p23: A unique protein mediating key virus-host interactions. Frontiers in Microbiology, 4: 98

FLORES, R.; MORENO, P.; FALK, B.; MARTELLI, G.P.; DAWSON, W.O. (2013)

e-Book on Closteroviridae. Frontiers in Microbiology, 4: 411

Cursos Courses

R. Flores ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 12,5 Horas

Proyectos Projects

‘Viroids: structural domains, transcription initiation, interactions with host Argonaute proteins, and mutation rates’ MICINN BFU2011-28443 Del 01/01/2011 al 31/12/2014 IP: R. Flores

Sitios subcelulares de acumulación preferente de la proteína p23 del virus de la tristeza de los cítricos (CTV). Examen con microscopía confocal láser de hojas de Nicotiana benthamiana agroinfiltradas con una construcción para expresar la proteína recombinante p23-GFP, que se acumula predominantemente en (A) dos compartimentos nucleares (N), el nucleolo (No) y cuerpos de Cajal (CB), y en (B) plasmodesmos (P). Preferential subcellular accumulation of protein p23 from citrus tristeza virus(CTV). Examination with confocal laser-scanning microscopy of leaves from Nicotiana benthamiana agroinfiltrated with a construct for expressing the recombinant protein p23-GFP, which accumulates predominantly in (A) two nuclear (N) compartments, the nucleolus (No) and Cajal bodies (CB), and in (B) plasmodesmata (P).


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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 Scientific CSIC) Gustavo Gómez (Científico Titular CSIC / Research Scientific CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Frederic Aparicio Herrero M Carmen Herranz Gordo Jose A. Navarro Bohigues Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Ana Peiro Morell Marta Serra Soriano Mayte Castellano Técnicos Superiores Especializados / Senior Technical Specialist Lorena Corachan Valencia

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.


Fig. 1 Arriba: Asociación de la proteína de movimiento del MNSV 7B (en verde) con vesículas de Golgi (centro). Abajo: asociación de la MNSV 7B con filamentos de actina. Fig. 1 Up: Association of the movement protein MNSV p7B (in green) with Golgi vesicles (centre). Down: association of MNSV p7B with actin filaments.

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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.


FAJARDO, T.V.M.; PEIRÓ, A.; PALLÁS, V.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A. (2013) Systemic transport of Alfalfa mosaic virus can be mediated by the movement proteins of several viruses assigned to five genera of the 30K family. Journal of General Virology, 94, 677-681

GÓMEZ, G.; PALLÁS, V. (2013) Viroids: A light in the darkness of the

lncRNA-directed regulatory networks in plants. New Phytologist, 198, 10-15

PALLAS, V (2013) Una breve historia del fenómeno del silenciamiento del

RNA. Contribuciones de la Virología a su descubrimiento. Virología, 16(1), 14-21

PALLAS, V.; APARICIO, F.; HERRANZ, M.C.; SANCHEZ-NAVARRO, J.A.;

SCOTT, S.W. (2013) The Molecular Biology of Ilarviruses. Advances in Virus Research, 87, 139-181

PALLAS, V.; GOMEZ, G. (2013) Phloem RNA-binding proteins as potential

components of the long-distance RNA transport system. Frontiers in Plant Science, 4, 130

HERRANZ, M.C.; NIEHL, A.; ROSALES, M.; FIORE, N.; ZAMORANO, A.;

GRANELL, A.; PALLAS, V. (2013) A remarkable synergistic effect at the transcriptomic level in peach fruits doubly infected by prunus necrotic ringspot virus and peach latent mosaic viroid. Virology Journal, 10: 164

SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A.; ZWART, M.P.; ELENA, S.F. (2013) Effects of the

number of genome segments on primary and systemic infections with a multipartite plant RNA virus. Journal of Virology, 87, 10805-10815

RUIZ-RUIZ, S.; SOLER, N.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A; FAGOAGA, C.; LÓPEZ,

C.; NAVARRO, L.; MORENO, P.; PEÑA, L.; FLORES, R. (2013) Citrus tristeza virus p23: Determinants for nucleolar localization and their influence on suppression of RNA silencing and pathogenesis. Molecular Plant-Microbe Interactions, 26, 306-318

FLORES, R.; RUIZ-RUIZ, S.; SOLER, N.; SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A; FAGOAGA,

C.; LÓPEZ, C.; NAVARRO, L.; MORENO, P.; PEÑA, L. (2013) Citrus tristeza virus p23: A unique protein mediating key virus-host interactions. Frontiers in Microbiology, 4: 98

Cursos Courses

Pallás, V. ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ IBMCP-UPV 10 Horas J.S. Sánchez-Navarro ‘Determinación de Virus en Vid. Viticultura Actual’ Escuela de Viticultura y Enología de Requena 4 Horas

Proyectos Projects

‘Identificación y caracterización de macromoléculas floemáticas asociadas al transporte sistémico de RNAs endógenos y patogénicos y a la señal de silenciamiento génico en miembros de la familia Cucurbitaceae’ GVA PROMETEO/2011/003 Del 01/05/2011 al 01/05/2014 IP: V. Pallás ‘Trafico intracelular, intercelular y vascular de RNAs y proteinas virales y subvirales en plantas’ MICINN BIO2011-25018 Del 01/01/2012 al 31/12/2014 IP: V. Pallás

‘Aplicación industrial de la detección polivalente de doce virus que afectan

al cultivo del clavel y de gerbera mediante el uso de polisondas’ BARBERET

& BLANC IBERICA S.A. Desde 01/10/2012 al 01/10/2015 IP: J.A. Sánchez-

Navarro


Fig. 2 Viriones de PNRSV (A) y reconstrucción tridimensional del TSV (B). Tomado de Pallas et al., 2013 (Adv. Virus Res. 87:139-181). Fig. 2 PNRSV virions (A) and tridimensional reconstitution of TSV (B). Adapted from Pallas et al., 2013 (Adv. Virus Res. 87:139-181).

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Investigadores de Plantilla / Contracted Researchers Santiago F. Elena Fito (Profesor de Investigación CSIC / Research Professor CSIC) Investigadores Post-doctorales / Post-Doctoral Researchers Mark Zwart Susana Martín Guillermo Rodrigo Tárrega Guillermo P. Bernet Zamanillo José L. Carrasco Jiménez Nicolas Tromas Investigadores Pre-doctorales / Pre-Doctoral Researchers Guillaume Lafforgue Julia Hillung Anouk Willemsen Héctor Cervera Benet Técnico Superior Actividades Técnicas y Profesionales / Senior Technical Specialist Paula Agudo Comas Técnicos Especialista Grado Medio / Intermediate Technical Specialist Francisca de la Iglesia Jordán

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).

ZWART, M.P.; PIJLMAN, G.P.; SARDANYÉS, J.; DUARTE, J.; JANUÁRIO, C.; ELENA, S.F. (2013) Complex dynamics of defective interfering baculoviruses during serial passage in insect cells. Journal of Biological Physics, 39(2), 327-342

ZWART, M.P.; TROMAS, N.; ELENA, S.F. (2013) Model-selection-

based approach for calculating cellular multiplicity of infection during virus colonization of multi-cellular hosts. PLoS ONE, 28(5), e64657

DAVINO, S.; WILLEMSEN, A.; PANNO, S.; DAVINO, M.; CATARA, A.;

ELENA, S.F.; RUBIO, L. (2013) Emergence and phylodynamics of Citrus tristeza virus in Sicily, Italy. PLoS ONE, 8:e66700


LALIC , J.; ELENA, S.F. (2013) Epistasis between mutations is host-dependent for an RNA virus. Biology Letters, 9(1), 20120396

RODRIGO, G.; ELENA, S.F. (2013) MicroRNA precursors are

not structurally robust but plastic. Genome Biology and Evolution, 5, 181-186

BEDHOMME, S.; LAFFORGUE, G.; ELENA, S.F. (2013)

Genotypic but not phenotypic historical contingency revealed by viral experimental evolution. BMC Evolutionary Biology, 13 (46)


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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).

KASSEM, M.A.; JUAREZ, M.; GÓMEZ, P.; MENGUAL, C.M.; SEMPERE, R.N.; PLAZA, M.; ELENA, S.F.; MORENO, A.; FERERES, A.; ARANDA, M.A. (2013) Genetic diversity and potential vectors and reservoirs of Cucurbit aphid-borne yellows virus in southeastern Spain. Phytopathology, 103, 1188-1197

LALIC , J.; ELENA, S.F. (2013) Plant RNA virus fitness predictability:

contribution of genetic and environmental factors. Plant Pathology, 62, 10-18

LARCOMBE, S.D.; BEDHOMME, S.; GARNIER, S.; CELLIER-HOLZEM, E.;

FAIVRE, B.; SORCI, G. (2013) Social interactions modulate the virulence of avian malaria infection. International Journal for Parasitology, 43, 861-867

MAJER, E.; DARÒS, J.A.; ZWART, M.P. (2013) Stability and fitness impact of

the visually discernible Rosea1 marker in the Tobacco etch virus genome. VIRUSES, 5, 2153-2168

STEINMANN, E.; DOERRBECKER, J.; FRIESLAND, M.; RIEBESEHL, N.;

GINKEL, C.; HILLUNG, J.; GENTZSCH, J.; LAUBER, C.; BROWN, R.; FRENTZEN, A.; PIETSCHMANN, T. (2013) Characterization of hepatitis C virus intra- and intergenotypic chimeras reveals a role of the glycoproteins in virus envelopment. Journal of Virology, 87(4), 13297-13306

LAFFORGUE, G.; MARTÍNEZ, F.; NIU, Q.-W.; CHUA, N.-H.; DARÓS, J.A.; ELENA, S.F. (2013) Improving the effectiveness of artificial microRNA (amir)-mediated resistance against turnip mosaic virus by combining two amirs or by targeting highly conserved viral genomic regions. Journal of Virology, 87, 8254-8256

MARTÍNEZ, F.; ELENA, S.F.; DARÒS, J.A. (2013) Fate of artificial

microRNA-mediated resistance to plant viruses in mixed infections. Phytopathology, 103, 870-876

SÁNCHEZ-NAVARRO, J.A.; ZWART, M.P.; ELENA, S.F. (2013) Effects

of the number of genome segments on primary and systemic infections with a multipartite plant RNA virus. Journal of Virology, 87, 10805-10815

HILLUNG, J.; ELENA, S.F.; CUEVAS, J.M. (2013) Intra-specific

variability and biological relevance of P3N-PIPO protein length in potyviruses. BMC Evolutionary Biology, 13: 249


Nicolas Tromas ‘Evaluating fundamental life-history traits for Tobacco etch potyvirus’ Universidad de Valencia Director Tesis: S.F. Elena Guillaume C.G. Lafforgue ‘Resistance to virus infection mediated by artificial microRNAs: estimating the likelihood of escape mutants’ Universidad de Valencia Directores de Tesis: S.F. Elena / J.A. Daròs

Cursos Courses

S.F. Elena ‘Máster en Biotecnología Molecular y Celular de Plantas’ UPV-IBMCP 10 Horas .F. lena ‘Experimental Microbial Evolution - Máster de Biomedicina y Biología Molecular’ Universidad de Cantabria (Santander) 3 Horas S.F. Elena ‘Biología Evolutiva de la Emergencia de Virus de RNA - Máster de Virología’ Universidad Complutense de Madrid 1,5 Horas

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 ‘Estudio de la variabilidad genética del virus causante del síndrome respiratorio y reproductivo porcino (PRRSV) Contrato Invest. Y Desarrollo con Laboratorios Hipra, SA Del 01/01/2011 al 31/12/2013 IP: S.F. Elena ‘Implicaciones evolutivas de la supresión del silenciamiento del RNA por parte de proteínas virales’ GVA PROMETEO/2010/019 Del 01/01/2011 al 31/12/2013 IP: S.F. Elena ‘Experimental evolution of genome architecture and complexity in RNA virus’ John Templeton Foundation JTF22371 Del 01/01/2012 al 31/12/2013 IP: S.F. Elena

INSTITUTO DE BIOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR DE PLANTAS · Regulación de la Señalización y el...

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