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intro

La seguridad alimentaria global es una creciente demanda social en un escenario de cambio climático, escasez de recursos naturales y una población mundial en crecimiento. Esta demanda está impulsando la búsqueda de nuevas variedades de cultivos agrícolas con mejor rendimiento, calidad nutricional, y mejor adaptadas a las nuevas condiciones ambientales. La agricultura actual se enfrenta a una significativa presión económica en todo el mundo para mejorar los cultivos de forma eficiente y rápida. Es por esto que la generación de nuevo conocimiento y el desarrollo de tecnologías eficientes que permitan explotar el potencial de reprogramación in vitro de las células vegetales para regeneración y propagación de plantas seleccionadas es de gran valor en mejora vegetal y biotecnología, así como en investigación básica y aplicada.

En nuestro grupo investigamos los mecanismos reguladores de la reprogramación celular a embriogénesis inducida por estrés en plantas, proceso biotecnológico clave para la mejora, regeneración y selección de plantas de calidad y adaptadas al ambiente para los sectores agrícola y forestal. Nuestro objetivo es identificar nuevas rutas y dianas moleculares para poder intervenir químicamente en ellas con pequeñas moléculas bioactivas que mejoren la respuesta de la célula al estrés, la embriogénesis y el rendimiento en la regeneración de plantas para mejora vegetal de especies agrícolas y forestales.

embrion derivado de microsporaquercus

Cuando se induce la reprogramación en la microspora haploide (célula precursora del polen), el proceso se denomina embriogénesis de microsporas inducida por estrés, y constituye la forma más rápida para producir plantas haploides y doble-haploides (DHs). Las plantas DHs son usadas ampliamente por las compañías hortícolas y semilleras como fuente de nueva variabilidad genética fijada en plantas homocigotas en tan sólo una generación, lo que supone un importante ahorro de tiempo y costes en los programas de mejora. Cuando la embriogénesis in vitro se induce en otras células somáticas es muy útil para propagación clonal a gran escala y crioconservación de genotipos élite seleccionados, sobre todo en especies con largos ciclos reproductivos o baja disponibilidad de semillas.

Para nuestra investigación empleamos las especies cultivadas modelo colza y cebada, y analizamos la transferencia de resultados a otras especies de interés agronómico o forestal como el alcornoque. Empleamos un abordaje multidisciplinar e integrado con técnicas de fisiología, biología molecular y celular, como la identificación molecular in situ en microscopía óptica avanzada, confocal y electrónica, entre otras.

PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Muerte celular inducida por estrés: Investigamos el papel de la autofagia y varias familias de proteasas como elementos cruciales en la respuesta de la célula al estrés, y el inicio y/o ejecución de la muerte de las células, lo cual disminuye la viabilidad y el rendimiento de la embriogénesis in vitro. 

ultraestructura autofagiaautofagia cebada

Regulación hormonal de la reprogramación celular a embriogénesis inducida por estrés: Nuestros estudios intentan caracterizar la implicación de auxinas y citoquininas, entre otras hormonas vegetales, en la regulación de la reprogramación celular, adquisición de totipotencia y el inicio y progresión de embriogénesis. La activación de su biosíntesis, transporte intercelular, señalización y un balance apropiado auxina/citoquinina son imprescindibles para una correcta inducción y progresión de la embriogénesis in vitro.

.auxina

Control epigenético de la reprogramación celular a embriogénesis: Analizamos el papel de las marcas epigenéticas y su dinámica, concretamente almetilación del DNA, la acetilación de histonas H3 y H4, y la metilación en la lisina 9 de la histona H3 (H3K9), en la regulación del cambio de destino celular.el estudio de la reprr

Remodelación de la pared celular: Nuestros estudios han revelado que la remodelación de la pared celular, operado por pectin metilesterasas y proteínas de arabinogalactanos (AGPs) es un proceso esencial que acompaña y es necesario para la reprogramación celular y la formación del embrión.

Pequeñas moléculas para mejorar la reprogramación del destino celular en nuevas estrategias biotecnológicas:  Avances recientes sobre la reprogramación de células diferenciadas de mamíferos mediante control químico han mostrado el gran potencial que tiene la aplicación de pequeñas moléculas para regular la reprogramación celular. Investigamos los efectos de pequeños compuestos, mediante cribado de bibliotecas químicas y con moduladores de autofagia, fitohormonas, marcas epigenéticas, proteasas y otras enzimas, para reducir la muerte celulary mejorar el rendimiento de la embriogénesis. El uso de equeñas moléculas está abriendo el camino a nuevos desarrollos biotechnológicos para mejorarla producción de embriones y plantas in vitro en programas de mejora de cultivos.

pectin

 

 

Miembros

Personal Científico
Pilar Sánchez Testillano
Postdoctorales
Elena Carneros Garcia
Técnicos de Plantilla
Ivett Barany
Predoctorales
Yolanda Pérez Pérez
Group picture
 

Pérez-Pastrana J, Testillano PS, Barany I, Canto-Flick A, Álvarez-López D, Pijeira-Fernández G, Avilés-Viñas SA, Peña-Yam L, Muñoz-Ramírez L, Nahuat-Dzib S, Islas-Flores I, Santana-Buzzy N  [2020]. Endogenous auxin accumulation/localization during zygotic and somatic embryogenesis of Capsicum chinense Jacq. J. Plant Physiology, Published on line 15-Dec-2020. DOI: 10.1016/j.jplph.2020.153333.

Berenguer E, Minina EA, Carneros E, Bárány I, Bozhkov PV, Testillano PS  [2020]. Suppression of metacaspase and autophagy-dependent cell death improves stress-induced microspore embryogenesis in Brassica napus. Plant and Cell Physiology, DOI: 10.1093/pcp/pcaa128.

Ibáñez S, Carneros E, Testillano PS, Pérez-Pérez JM  [2020]. Advances in Plant Regeneration: Shake, Rattle & Roll. Plants, 9, 897.

Pérez-Pérez Y, El-Tantawy AA, Solís MT, Risueño MC, Testillano PS  [2019]. Stress-induced microspore embryogenesis requires endogenous auxin synthesis and polar transport in barley. Frontiers in Plant Science 10:1200. DOI: 10.3389/fpls.2019.01200.

Testillano PS  [2019]. Microspore embryogenesis: targeting the determinant factors of stress-induced cell reprogramming for crop improvement. Journal of Experimental Botany 70, 2965-2978.

Pérez-Pérez Y*, Carneros E*, Berenguer E, Solís MT, Bárány I, Pintos B, Gómez-Garay A, Risueño MC, Testillano PS  [2019]. Pectin de-methylesterification and AGP increase promote cell wall remodeling and are required during somatic embryogenesis of Quercus suber. Frontiers in Plant Science 9:1915. *Both authors contributed equally

Avin-Wittenberg T, Baluška F, Bozhkov PV, Elander PH, Fernie AR, Galili G, Hassan A, Hofius D, Isono E, Le Bars R, Masclaux-Daubresse C, Minina EA, Peled-Zehavi H, Sánchez-Coll N, Sandalio LM, Satiat-Jeunemaitre B, Sirko A, Testillano PS, Batoko H  [2018]. Review of Autophagy-related Approaches for Improving Nutrient Use Efficiency and Crop Yield Protection. Journal of experimental Botany 69, 1335-1353.

Bárány I*, Berenguer E*, Solís MT, Pérez-Pérez Y, Santamaría ME, Crespo JL, Risueño MC, Díaz I, Testillano PS  [2018]. Autophagy and cathepsins are activated and involved in cell death during stress-induced microspore embryogenesis in barley. Journal of Experimental Botany 69, 1387-1402. *Both authors contributed equally.

Berenguer E, Bárány I, Solís MT, Pérez-Pérez Y, Risueño MC, Testillano PS  [2017]. Inhibition of histone H3K9 methylation by BIX-01294 promotes stress-induced microspore totipotency and enhances embryogenesis initiation. Frontiers in Plant Sciences 8:1161.

Rodríguez-Sanz H, Manzanera JA, Solís MT, Gómez-Garay A, Pintos B, Risueño MC, Testillano PS  [2014]. Early markers are present in both embryogenesis pathways from microspores and immature zygotic embryos in cork oak, Quercus suber L. BMC Plant Biology 14, 224.

Corredoira E, Cano V, Bárány I, Solís MT, Rodríguez H, Vieitez AM, Risueño MC, Testillano PS  [2017]. Initiation of leaf somatic embryogenesis involves high pectin esterification, auxin accumulation and DNA demethylation in Quercus alba. J. Plant Phys. 213, 42-54.

Rodríguez-Sanz H, Solís MT, López MF, Gómez-Cadenas A, Risueño MC, Testillano PS  [2015]. Auxin biosynthesis, accumulation, action and transport are involved in stress-induced microspore embryogenesis initiation and development in Brassica napus L. Plant and Cell Physiology 56, 1401-1417.

Solís MT, Berenguer E, Risueño MC, Testillano PS  [2016]. BnPME is progressively induced after microspore reprogramming to embryogenesis, correlating with pectin de-esterification and cell differentiation in Brassica napus. BMC Plant Biology 16, 176.

Solís MT, El-Tantawy AA, Cano V, Risueño MC, Testillano PS  [2015]. 5-azacytidine improves microspore embryogenesis initiation by decreasing global DNA methylation but prevents subsequent embryo development in rapeseed and barley. Frontiers in Plant Science 6, 472. Doi: 10.3389/fpls.2015.00472.

Solís MT, Chakrabarti N, Corredor E, Cortés-Eslava J, Rodríguez-Serrano M, Biggiogera M, Risueño MC, Testillano PS  [2014]. Epigenetic changes accompany developmental programmed cell death in tapetum cells. Plant Cell and Physiology 55, 16-29.

 

Fondos

PROYECTOS ACTUALMENTE EN CURSO

AEI/FEDER, AGL2017-82447-R:  New strategies with small molecule modulators of key processes in stress-induced microspore reprogramming to embryogenesis for crop and forest breeding (2018-2021), PI: PS Testillano

COST Action CA19125 (EPI-CATCH: EPIgenetic mechanisms of Crop AdapTation to Climate cHange) EU (2020- 2024). Chair: F. Martinelli, Managing Committee and Core group member: PS Testillano

COST Action CA15138 (TRANSAUTOPHAGY):European Network of Multidisciplinary Research and Translation of AutophagyKnowledge , EU (2015-2020) Chair: C. Vindis

Contract CSIC-Alcaliber I+D+i N.20171981: Analyses of key factors in the in vitro culture of anthers and embryogenesis induction for doubled-haploid production in Papaver somniferum. (2017-2021) PI: PS Testillano

Proyectos finalizados (últimos años)

Proyectos Nacionales

MINECO, AGL2014-52028-R (2015-2018), IP: PS Testillano

MINECO, Network of Excellence for Autophagy Research, NEAR,  BFU2015-71869-REDT (2016-2017). IP: P Boya

MICINN, BFU2011-23752 (2012-2015), PI: PS Testillano

MICINN, BFU2008-00203 (2009-2011), PI: PS Testillano

MICINN, Network of In vitro Culture and Genetic Transformation of Fruit Species, BIO2007-30945-E (2008-2011)

MICINN, Network of Genomics and Genetic Diversity in Forestry, GEN2FOR (2007-2011)

MEC, Network of Plant Development (2002-2011)

Proyectos Internacionales

H2020 MC-ITN 675132 (MASSTRPLAN), EU (2015-2019) CSIC Chair: D. Pérez-Sala.

COST ACTION FA0903 (HAPRECI), EU (2011-2014). Chair: E. Albertini.

MINECO/BioFIG-Univ. Lisboa (Portugal), PRI-AIBPT-2011-0763. (2012-2015). IPs: PS Testillano/S Coimbra.

Univ. Palermo (Italy) CORI 66444 (2012-2014). IPs: PS Testillano/MA Germana.

CSIC/CNR/Univ. Palermo (Italy) 2008IT0046. (2012-2014) IPs: PS Testillano/L Baldoni.

CSIC/UNAM (Méjico) Programa Ignacio Bolívar (2010-1011) IPs: PS Testillano/J Cortés.

 

Más información

TECHNOLOGY TRANSFER

Patents

TESTILLANO PS, MARTÍNEZ A, GIL C, BERENGUER E, CARNEROS E, PÉREZ-PÉREZ Y. Mammal kinase inhibitors to promote in vitro embryogenesis induction of plants. EP19383042 Priority: Europe, Date: 27-Nov-2019, Entity: CSIC

Research Contracts with Companies

Contract CSIC-Alcaliber I+D+i (N.20171981): Analyses of key factors in the in vitro culture of anthers and embryogenesis induction for doubled-haploid production in Papaver somniferum. (2017-2021) PI: PS Testillano