Identificación de mecanismos moleculares asociados al incremento de la producción causado por tratamiento mecánico en plantas dicotiledóneas

Abstract

Las plantas poseen una gran capacidad para ajustar su crecimiento y fisiología frente a estímulos mecánicos como el peso propio, el viento o el roce. Sin embargo, los mecanismos que conectan la percepción de estas señales con la regulación hormonal, el transporte de carbono y la productividad vegetal aún son poco comprendidos. Esta tesis estudia la respuesta de Arabidopsis thaliana al estímulo mecánico generado por la aplicación de peso, integrando análisis morfológicos, fisiológicos, moleculares y transcriptómicos. Los resultados demuestran que el estímulo mecánico induce un marcado desarrollo vascular mediante la acción coordinada de brasinoesteroides y estrigolactonas, que convergen en la activación del péptido CLE44. Esta señal promueve la proliferación cambial y la diferenciación de tejidos vasculares, siendo esencial para el engrosamiento del tallo y el aumento de la producción de semillas. Asimismo, se observó que la expansión vascular se acompaña de una reprogramación metabólica que incrementa el transporte de azúcares hacia las semillas, favoreciendo el rendimiento. No obstante, esta adaptación puede reducir la tolerancia a la sequía, evidenciando un compromiso entre productividad y eficiencia hídrica. Finalmente, se identificó al factor de transcripción AtHB5 como un regulador negativo del desarrollo vascular, el transporte de azúcares y la producción de semillas. En conjunto, los resultados proponen un modelo integrador que conecta señales mecánicas, hormonales y transcripcionales para coordinar crecimiento, metabolismo y rendimiento, aportando potenciales herramientas biotecnológicas para la mejora de cultivos.

Plants possess a remarkable ability to adjust their growth and physiology in response to mechanical stimuli such as self-loading, wind, and touch. However, the mechanisms linking the perception of these signals to hormonal regulation, carbon transport, and plant productivity remain poorly understood. This thesis investigates the response of Arabidopsis thaliana to mechanical stimulation induced by weight application, integrating morphological, physiological, molecular, and transcriptomic analyses. The results demonstrate that mechanical stimulation promotes extensive vascular development through the coordinated action of brassinosteroids and strigolactones, which converge on the activation of the CLE44 peptide. This signaling pathway stimulates cambial proliferation and vascular tissue differentiation, being essential for stem thickening and enhanced seed production. In addition, vascular expansion was accompanied by metabolic reprogramming that increased sugar transport to developing seeds, thereby improving yield. However, this adaptation was associated with reduced drought tolerance, revealing a trade-off between productivity and water-use efficiency. Finally, the HD-Zip I transcription factor AtHB5 was identified as a negative regulator of vascular development, sugar transport, and seed production. Together, these findings support an integrative model in which mechanical, hormonal, and transcriptional signals interact to coordinate plant growth, carbon metabolism, and reproductive performance. Furthermore, the genes and regulatory pathways identified in this work represent promising targets for biotechnological strategies aimed at improving crop architecture, transport efficiency, and yield.