Genomic analyses of flowering transition and inflorescence development in grapevine = An��lisis gen��micos de la transici��n floral y del desarrollo de la inflorescencia en la vid

The general objective of this work is to analyze the regulatory processes underlying flowering transition and inflorescence and flower development in grapevine. Most of these crucial developmental events take place within buds growing during two seasons in two consecutive years. During the first season, the shoot apical meristem within the bud differentiates all the basic elements of the shoot including flowering transition in lateral primordia and development of inflorescence primordia. These events practically end with bud dormancy. The second season, buds resume shoot growth associated to flower formation and development. In grapevine, the lateral meristems can give rise either to tendril or inflorescence primordia that are homologous organs. With this purpose, we performed global transcriptome analyses along the bud annual cycle and during inflorescence and tendril development. In addition, we approach the genomic analysis of the MIKC type MADS-box gene family in grapevine to identify all its members and assign them putative biological functions. Regarding buds developmental cycle, the results indicate that the main factors explaining the global gene expression differences were the processes of bud dormancy and active growth as well as stress responses. Non dormant buds exhibited up-regulation in functional categories typical of actively proliferating and growing cells (photosynthesis, cell cycle regulation, chromatin assembly) whereas in dormant ones the main functional categories up-regulated were associated to stress response pathways together with transcripts related to starch catabolism. Major transcriptional changes during the dormancy period were associated to the para/endodormancy, endo/ecodormancy and ecodormancy/bud break transitions. Global transcriptional analyses along tendril and inflorescence development suggested that these two homologous organs share a common transcriptional program related to cell proliferation functions. Both structures showed a progressive decrease in the expression of categories such as cell-cycle, auxin metabolism/signaling, DNA metabolism, chromatin assembly and a cluster of five transcripts belonging to the GROWTH-REGULATING FACTOR (GRF) transcription factor family, that are known to control cell proliferation in other species and determine the size of lateral organs. However, they also showed organ specific transcriptional programs that can be related to their differential organ structure and function. Tendrils showed higher transcription of genes related to photosynthesis, hormone signaling and secondary metabolism than inflorescences, while inflorescences have higher transcriptional activity for genes encoding transcription factors (especially those belonging to the MADS-box gene family). Further analysis along inflorescence development evidenced the relevance of additional functions likely related to processes of flower development such as fatty acid and lipid metabolism, jasmonate signaling and oxylipin biosynthesis. The transcriptional analyses performed highlighted the relevance of several groups of transcriptional regulators in the developmental processes studied. The expression profiles along bud development revealed significant differences for some MADS-box subfamilies in relation to other plant species, like the members of the FLC and SVP subfamilies suggesting new roles for these groups in grapevine. In this way, it was found that VvFLC2 and VvAGL15.1 could participate, together with some members of the SPL-L family, in dormancy regulation, as was shown for some of them in other woody plants. Similarly, the expression patterns of the VvFLC1, VvFUL, VvSOC1.1 (together with VvFT, VvMFT1 and VFL) genes could indicate that they play a role in flowering transition in grapevine, in parallel to their roles in other plant systems. The expression levels of VFL, the grapevine LEAFY homolog, could be crucial to specify the development of inflorescence and flower meristems instead of tendril meristems. MADS-box genes VvAP3.1 and 2, VvPI, VvAG1 and 3, VvSEP1-4, as well as VvBS1 and 2 are likely associated with the events of flower meristems and flower organs differentiation, while VvAP1 and VvFUL-L (together with VvSOC1.1, VvAGL6.2) could be involved on tendril development given their expression patterns. In addition, the biological function ofVvAP1 and VvTFL1A was analyzed using a gene silencing approach in transgenic grapevine plants. Our preliminary results suggested a possible role for both genes in the initiation and differentiation of tendrils. Finally, the genomic analysis of the MADS-box gene family in grapevine revealed differential features regarding number and expression pattern of genes putatively involved in the flowering transition process as compared to those involved in the specification of flower and fruit organ identity. Altogether, the results obtained allow identifying putative candidate genes and pathways regulating grapevine reproductive developmental processes paving the way to future experiments demonstrating specific gene biological functions. RESUMEN El objetivo general de este trabajo es analizar los procesos regulatorios subyacentes a la inducci��n floral as�� como al desarrollo de la inflorescencia y la flor en la vid. La mayor parte de estos eventos cruciales tienen lugar en las yemas a lo largo de dos estaciones de crecimiento consecutivas. Durante la primera estaci��n, el meristemo apical contenido en la yema diferencia los elementos b��sicos del p��mpano, lo cual incluye la inducci��n de la floraci��n en los meristemos laterales y el subsiguiente desarrollo de primordios de inflorescencia. Estos procesos pr��cticamente cesan con la entrada en dormici��n de la yema. En la segunda estaci��n, se reanuda el crecimiento del p��mpano acompa��ado por la formaci��n y desarrollo de las flores. En la vid, los meristemos laterales pueden dar lugar a primordios de inflorescencia o de zarcillo que son considerados ��rganos hom��logos. Con este objetivo llevamos a cabo un estudio a nivel del transcriptoma de la yema a lo largo de su ciclo anual, as�� como a lo largo del desarrollo de la inflorescencia y del zarcillo. Adem��s realizamos un an��lisis gen��mico de la familia MADS de factores transcripcionales (concretamente aquellos del tipo MIKC) para identificar todos sus miembros y tratar de asignarles posibles funciones biol��gicas. En cuanto al ciclo de desarrollo de la yema, los resultados indican que los principales factores que explican las diferencias globales en la expresi��n g��nica fueron los procesos de dormici��n de la yema y el crecimiento activo junto con las respuestas a diversos tipos de estr��s. Las yemas no durmientes mostraron un incremento en la expresi��n de genes contenidos en categor��as funcionales t��picas de c��lulas en proliferaci��n y crecimiento activo (como fotos��ntesis, regulaci��n del ciclo celular, ensamblaje de cromatina), mientras que en las yemas durmientes, las principales categor��as funcionales activadas estaban asociadas a respuestas a estr��s, as�� como con el catabolismo de almid��n. Los mayores cambios observados a nivel de transcriptoma en la yema coincidieron con las transiciones de para/endodormici��n, endo/ecodormici��n y ecodormici��n/brotaci��n. Los an��lisis transcripcionales globales a lo largo del desarrollo del zarcillo y de la inflorescencia sugirieron que estos dos ��rganos hom��logos comparten un programa transcripcional com��n, relacionado con funciones de proliferaci��n celular. Ambas estructuras mostraron un descenso progresivo en la expresi��n de genes pertenecientes a categor��as funcionales como regulaci��n del ciclo celular, metabolismo/se��alizaci��n por auxinas, metabolismo de ADN, ensamblaje de cromatina y un grupo de cinco tr��nscritos pertenecientes a la familia de factores transcripcionales GROWTH-REGULATING FACTOR (GRF), que han sido asociados con el control de la proliferaci��n celular y en determinar el tama��o de los ��rganos laterales en otras especies. Sin embargo, tambi��n pusieron de manifiesto programas transcripcionales que podr��an estar relacionados con la diferente estructura y funci��n de dichos ��rganos. Los zarcillos mostraron mayor actividad transcripcional de genes relacionados con fotos��ntesis, se��alizaci��n hormonal y metabolismo secundario que las inflorescencias, mientras que ��stas presentaron mayor actividad transcripcional de genes codificantes de factores de transcripci��n (especialmente los pertenecientes a la familia MADS-box). An��lisis adicionales a lo largo del desarrollo de la inflorescencia evidenciaron la relevancia de otras funciones posiblemente relacionadas con el desarrollo floral, como el metabolismo de l��pidos y ��cidos grasos, la se��alizaci��n mediada por jasmonato y la bios��ntesis de oxilipinas. Los an��lisis transcripcionales llevados a cabo pusieron de manifiesto la relevancia de varios grupos de factores transcripcionales en los procesos estudiados. Los perfiles de expresi��n estudiados a lo largo del desarrollo de la yema mostraron diferencias significativas en algunas de las subfamilias de genes MADS con respecto a otras especies vegetales, como las observadas en los miembros de las subfamilias FLC y SVP, lo cual sugiere que podr��an desempe��ar nuevas funciones en la vid. En este sentido, se encontr�� que los genes VvFLC2 y VvAGL15.1 podr��an participar, junto con algunos miembros de la familia SPL-L, en la regulaci��n de la dormici��n. De un modo similar, los patrones de expresi��n de los genes VvFLC1, VvFUL, VvSOC1.1 (junto con VvFT, VvMFT1 y VFL) podr��a indicar que desempe��an un papel en la regulaci��n de la inducci��n de la floraci��n en la vid, como se ha observado en otros sistemas vegetales. Los niveles de expresi��n de VFL, el hom��logo en vid del gen LEAFY de A. thaliana podr��an ser cruciales para la especificaci��n del desarrollo de meristemos de inflorescencia y flor en lugar de meristemos de zarcillo. Los genes VvAP3.1 y 2, VvPI, VvAG1 y 3, VvSEP1-4, as�� como VvBS1 y 2 parecen estar asociados con los eventos de diferenciaci��n de meristemos y ��rganos florales, mientras que VvAP1 y VvFUL-L (junto con VvSOC1.1 y VvAGL6.2) podr��an estar implicados en el desarrollo del zarcillo dados sus patrones de expresi��n. Adicionalmente, se analiz�� la funci��n biol��gica de los genes VvAP1 y VvTFL1A por medio de una estrategia de silenciamiento g��nico. Los datos preliminares sugieren un posible papel para ambos genes en la iniciaci��n y diferenciaci��n de los zarcillos. Finalmente, el an��lisis gen��mico de la familia MADS en vid evidenci�� diferencias con respecto a otras especies vegetales en cuanto a n��mero de miembros y patr��n de expresi��n en genes supuestamente implicados en la inducci��n de la floraci��n, en comparaci��n con aquellos relacionados con la especificaci��n de identidad de ��rganos florales y desarrollo del fruto. En conjunto, los resultados obtenidos han permitido identificar posibles rutas y genes candidatos a participar en la regulaci��n de los procesos de desarrollo reproductivo de la vid, sentando las bases de futuros experimentos encaminados a conocer la funciones biol��gicas de genes espec��ficos.

Factores transcripcionales de la clase DOF en Brachypodium distachyon: caracterizaci��n molecular de BdDOF24 durante la germinaci��n de las semillas

La semilla es el ��rgano que garantiza la propagaci��n y continuidad evolutiva de las plantas espermatofitas y constituye un elemento indispensable en la alimentaci��n humana y animal. La semilla de cereales acumula en el endospermo durante la maduraci��n, mayoritariamente, almid��n y prote��nas de reserva. Estas reservas son hidrolizadas en la germinaci��n por hidrolasas sintetizadas en la aleurona en respuesta a giberelinas (GA), siendo la principal fuente de energ��a hasta que la pl��ntula emergente es fotosint��ticamente activa. Ambas fases del desarrollo de la semilla, est��n reguladas por una red de factores de transcripci��n (TF) que unen motivos conservados en cis- en los promotores de sus genes diana. Los TFs son prote��nas que han desempe��ado un papel central en la evoluci��n y en el proceso de domesticaci��n, siendo uno de los principales mecanismos de regulaci��n g��nica; en torno al 7% de los genes de plantas codifican TFs. Atendiendo al motivo de uni��n a DNA, ��stos, se han clasificado en familias. La familia DOF (DNA binding with One Finger) participa en procesos vitales exclusivos de plantas superiores y sus ancestros cercanos (algas, musgos y helechos). En las semillas de las Triticeae (subfamilia Pooideae), se han identificado varias prote��nas DOF que desempe��an un papel fundamental en la regulaci��n de la expresi��n g��nica. Brachypodium distachyon es la primera especie de la subfamilia Pooideae cuyo genoma (272 Mbp) ha sido secuenciado. Su peque��o tama��o, ciclo de vida corto, y la posibilidad de ser transformado por Agrobacterium tumefaciens (pl��smido Ti), hacen que sea el sistema modelo para el estudio de cereales de la tribu Triticeae con gran importancia agron��mica mundial, como son el trigo y la cebada. En este trabajo, se han identificado 27 genes Dof en el genoma de B. distachyon y se han establecido las relaciones evolutivas entre estos genes Dof y los de cebada (subfamilia Pooideae) y de arroz (subfamilia Oryzoideae), construyendo un ��rbol filogen��tico en base al alineamiento m��ltiple del dominio DOF. La cebada contiene 26 genes Dof y en arroz se han anotado 30. El an��lisis filogen��tico establece cuatro grupos de genes ort��logos (MCOGs: Major Clusters of Orthologous Genes), que est��n validados por motivos conservados adicionales, adem��s del dominio DOF, entre las secuencias de las prote��nas de un mismo MCOG. El estudio global de expresi��n en diferentes ��rganos establece un grupo de nueve genes BdDof expresados abundantemente y/o preferencialmente en semillas. El estudio detallado de expresi��n de estos genes durante la maduraci��n y germinaci��n muestra que BdDof24, ort��logo putativo a BPBF-HvDOF24 de cebada, es el gen m��s abundante en las semillas en germinaci��n de B. distachyon. La regulaci��n transcripcional de los genes que codifican hidrolasas en la aleurona de las semillas de cereales durante la post���germinaci��n ha puesto de manifiesto la existencia en sus promotores de un motivo tripartito en cis- conservado GARC (GA-Responsive Complex), que unen TFs de la clase MYB-R2R3, DOF y MYBR1-SHAQKYF. En esta tesis, se ha caracterizado el gen BdCathB de Brachypodium que codifica una proteasa tipo catepsina B y es ort��logo a los genes Al21 de trigo y HvCathB de cebada, as�� como los TFs responsables de su regulaci��n transcripcional BdDOF24 y BdGAMYB (ort��logo a HvGAMYB). El an��lisis in silico del promotor BdCathB ha identificado un motivo GARC conservado, en posici��n y secuencia, con sus ort��logos en trigo y cebada. La expresi��n de BdCathB se induce durante la germinaci��n, as�� como la de los genes BdDof24 y BdGamyb. Adem��s, los TFs BdDOF24 y BdGAMYB interaccionan en el sistema de dos h��bridos de levadura e in planta en experimentos de complementaci��n bimolecular fluorescente. En capas de aleurona de cebada, BdGAMYB activa el promotor BdCathB, mientras que BdDOF24 lo reprime; este resultado es similar al obtenido con los TFs ort��logos de cebada BPBF-HvDOF24 y HvGAMYB. Sin embargo, cuando las c��lulas de aleurona se transforman simult��neamente con los dos TFs, BdDOF24 tiene un efecto aditivo sobre la trans-activaci��n mediada por BdGAMYB, mientras que su ort��logo BPBF-HvDOF24 produce el efecto contrario, revirtiendo el efecto de HvGAMYB sobre el promotor BdCathB. Las diferencias entre las secuencias deducidas de las prote��nas BdDOF24 y BPBF-HvDOF24 podr��an explicar las funciones opuestas que desempe��an en su interacci��n con GAMYB. Resultados preliminares con l��neas de inserci��n de T-DNA y de sobre-expresi��n estable de BdGamyb, apoyan los resultados obtenidos en expresi��n transitoria. Adem��s las l��neas homocigotas knock-out para el gen BdGamyb presentan alteraciones en anteras y polen y no producen semillas viables. ABSTRACT The seed is the plant organ of the spermatophytes responsible for the dispersion and survival in the course of evolution. In addition, it constitutes one of the most importan elements of human food and animal feed. The main reserves accumulated in the endosperm of cereal seeds through the maturation phase of development are starch and proteins. Its degradation by hydrolases synthetized in aleurone cells in response to GA upon germination provides energy, carbon and nitrogen to the emerging seedling before it acquires complete photosynthetic capacity. Both phases of seed development are controlled by a network of transcription factors (TFs) that interact with specific cis- elements in the promoters of their target genes. TFs are proteins that have played a central role during evolution and domestication, being one of the most important regulatory mechanisms of gene expression. Around 7% of genes in plant genomes encode TFs. Based on the DNA binding motif, TFs are classified into families. The DOF (DNA binding with One Finger) family is involved in specific processes of plants and its ancestors (algae, mosses and ferns). Several DOF proteins have been described to play important roles in the regulation of genes in seeds of the Triticeae tribe (Pooideae subfamily). Brachypodium distachyon is the first member of the Pooideae subfamily to be sequenced. Its small size and compact structured genome (272 Mbp), the short life cycle, small plant size and the possibility of being transformed with Agrobacterium tumefaciens (Ti-plasmid) make Brachypodium the model system for comparative studies within cereals of the Triticeae tribe that have big economic value such as wheat and barley. In this study, 27 Dof genes have been identified in the genome of B. distachyon and the evolutionary relationships among these Dof genes and those frome barley (Pooideae subfamily) and those from rice (Oryzoideae subfamily) have been established by building a phylogenetic tree based on the multiple alignment of the DOF DNA binding domains. The barley genome (Hordeum vulgare) contains 26 Dof genes and in rice (Oryza sativa) 30 genes have been annotated. The phylogenetic analysis establishes four Major Clusters of Orthologous Genes (MCOGs) that are supported by additional conserved motives out of the DOF domain, between proteins of the same MCOG. The global expression study of BdDof genes in different organs and tissues classifies BdDof genes into two groups; nine of the 27 BdDof genes are abundantly or preferentially expressed in seeds. A more detailed expression analysis of these genes during seed maturation and germination shows that BdDof24, orholog to barley BPBF-HvDof24, is the most abundantly expressed gene in germinating seeds. Transcriptional regulation studies of genes that encode hydrolases in aleurone cells during post-germination of cereal seeds, have identified in their promoters a tripartite conserved cis- motif GARC (GA-Responsive Complex) that binds TFs of the MYB-R2R3, DOF and MYBR1-SHAQKYF families. In this thesis, the characterization of the BdCathB gene, encoding a Cathepsin B-like protease and that is ortholog to the wheat Al21 and the barley HvCathB genes, has been done and its transcriptional regulation by the TFs BdDOF24 and BdGAMYB (ortholog to HvGAMYB) studied. The in silico analysis of the BdCathB promoter sequence has identified a GARC motif. BdCathB expression is induced upon germination, as well as, those of BdDof24 and BdGamyb genes. Moreover, BdDOF24 and BdGAMYB interact in yeast (Yeast 2 Hybrid System, Y2HS) and in planta (Bimolecular Fluorecence Complementation, BiFC). In transient assays in aleurone cells, BdGAMYB activates the BdCathB promoter, whereas BdDOF24 is a transcriptional repressor, this result is similar to that obtained with the barley orthologous genes BPBF-HvDOF24 and HvGAMYB. However, when aleurone cells are simultaneously transformed with both TFs, BdDOF24 has an additive effect to the trans-activation mediated by BdGAMYB, while its ortholog BPBF-HvDOF24 produces an opposite effect by reducing the HvGAMYB activation of the BdCathB promoter. The differences among the deduced protein sequences between BdDOF24 and BPBF-HvDOF24 could explain their opposite functions in the interaction with GAMYB protein. Preliminary results of T-DNA insertion (K.O.) and stable over-expression lines of BdGamyb support the data obtained in transient expression assays. In addition, the BdGamyb homozygous T-DNA insertion (K.O.) lines have anther and pollen alterations and they do not produce viable seeds.

Respuesta transcripcional de Populus a bifenilos policlorados: Aspectos aplicados a la fitorremediaci��n

La degradaci��n del suelo ha adquirido una magnitud preocupante. Los m��todos tradicionales de descontaminaci��n, son costosos e insuficientes. La fitorremediaci��n representa una alternativa eficaz, de bajo coste, respetuosa con el medio ambiente, que adem��s mejora las propiedades del suelo, si bien ha habido desarrollos relevantes en la ��ltima d��cada. Desde el punto de vida cient��fico, el reto principal es descifrar las rutas metab��licas implicadas en respuesta a contaminantes y comprender su regulaci��n. Esta informaci��n es imprescindible si aspiramos a mejorar las capacidades naturales de algunas especies vegetales para remediar los suelos contaminados. Los estudios de esta Tesis se han centrado en Populus, el mejor modelo forestal disponible a ra��z de la secuenciaci��n de su genoma completo. Por otra parte, Populus tiene una gran capacidad natural para la degradaci��n de contaminantes org��nicos, lo que explica su predominio en los programas forestales de fitorremediaci��n que se desarrollan actualmente. Hemos elegido en concreto al h��brido Populus tremula x P. alba, por la facilidad con que se cultiva y su particular inter��s biotecnol��gico. La presente Tesis plantea un estudio comprehensivo de la respuesta molecular a bifenilos policlorados (PCBs), una familia de contaminantes org��nicos persistentes de particular relevancia a escala mundial. Se ha utilizado para ello una aproximaci��n transcript��mica, basada en tecnolog��a RNA-seq, para identificar los genes implicados en el metabolismo de los compuestos in planta y cuantificar sus niveles de activaci��n en distintas situaciones controladas. La tesis pretende asimismo definir el control transcripcional subyacente a la respuesta bioqu��mica frente a este tipo de contaminantes. Resulta sorprendente que dicha respuesta sea pr��cticamente desconocida a nivel molecular, a pesar de su gran potencial aplicado en el contexto de la tecnolog��a fitorremediadora. Para desarrollar este proyecto aplicamos a nuestros cultivos de chopo h��bridos concentraciones diferentes de Aroclor 1221, una mezcla de PCBs muy utilizada a nivel comercial durante d��cadas, su uso est�� prohibido hoy internacionalmente. Y tomamos muestras de RNA a dos concentraciones y dos momentos distintos de exposici��n al contaminante, generando as�� una matriz de cuatro elementos con sus controles correspondientes. Con el fin de incrementar la especificidad de nuestro an��lisis, consideramos sobre todo los genes diferencialmente expresados m��s significativos seg��n cuatro algoritmos estad��sticos distintos. Por otra parte, realizamos an��lisis funcionales con herramientas bioinform��ticas basadas en comparaciones de secuencias y en redes de co-expresi��n g��nica. La respuesta de los genes de particular inter��s fue validada mediante tecnolog��a qRT-PCR (reacci��n de la polimerasa en cadena cuantitativa en tiempo real). Se trata del primer estudio comprehensivo de la respuesta de un organismo vegetal ante la presencia de PCBs. Este estudio nos ha permitido identificar una cantidad considerable de genes estructurales y reguladores, definiendo nuevos factores de transcripci��n cuya expresi��n es proporcional a la concentraci��n de contaminante en el medio o al tiempo de exposici��n al mismo. Los an��lisis de correlaci��n nos permiten afirmar en que la respuesta metab��lica a PCBs, incluyendo posibles rutas degradadoras, participan en al menos quince factores de transcripci��n y unas cuarenta prote��nas o enzimas que resultan particularmente inducidas. Entre las familias implicadas destacan los citocromos P450, la glutati��n transferasas, las deshidrogenasas reductasas (short-chain dehydrogenase reductase) y las prote��nas MDR (multi-drug resistance). Mientras que los factores de transcripci��n encontrados pertenecen a la familia de ZF-TF, MYBs, WRKYs entre otros. Tambi��n identificamos prote��nas de funci��n desconocida que no se hab��an vinculado previamente a este tipo de respuestas en plantas, como la CSP (cold-shock domain proteins). Para estudiar su posible relaci��n con la presencia de PCBs, se caracteriz�� un gen de esta familia detectado mediante espectrometr��a de masas en t��ndem (MS/MS) a partir de mapas IEF x SDS-PAGE (isoelectro focusing x sodium dodecyl sulphate- polyacrylamide gel electrophoresis) de alta resoluci��n. Mediante qRT-PCR pudimos confirmar la inducci��n del gen correspondiente, ort��logo a PtCSP4 de P. trichocarpa (Potri.004g172600), en respuesta a Aroclor 1221. El an��lisis fenot��pico de las l��neas transg��nicas de Arabidopsis thaliana que sobre-expresaba la prote��na CSP de chopo h��brido confirm�� un papel para la misma tolerancia a PCBs, posiblemente a trav��s de mecanismos reguladores que activan prote��nas MDR. Este trabajo, adem��s de aportar datos novedosos sobre los mecanismos moleculares desencadenados por la presencia de un PCB en Populus, utilizado aqu�� como sistema modelo. Con ello se demuestra el potencial de las especies arb��reas no solo como agentes descontaminantes, ya explotado comercialmente, sino tambi��n como fuente potencial de genes interesantes. Entre los genes identificados en esta Tesis hay candidatos evidentes a participar en mecanismos de tolerancia al estr��s inducido por la contaminaci��n y tambi��n rutas metab��licas degradadores de PCBs. Precisamente la posibilidad de degradar al contaminante confiere particular inter��s a este tipo de estudios frente a la fitorremediaci��n de metales pesados y otros contaminantes elementales. La comparaci��n de los datos generados en este estudio con estudios an��logos que se realicen en el futuro con otras especies y xenobi��ticos, contribuir��n a definir mejor la respuesta de las plantas ante la contaminaci��n org��nica y mejorar su potencial descontaminante. ABSTRACT Soil degradation has acquired a disturbing magnitude. Traditional methods of decontamination are expensive and insufficient. Phytoremediation represent an effective alternative, low cost, respectful of the environment, that also improves soil properties, although there have been relevant developments in the last decade. From a life scientist, the challenge is to decipher the major metabolic pathways involved in response to pollutants and understand their regulation. This information is essential if we desire to enhance the natural abilities of some plant species to remediate contaminated soils. This thesis studies have focused on Populus, the best available forestry model following the sequencing of the entire genome. Moreover, Populus has a natural ability to degrade organic pollutants, which explains its predominance in phytoremediation forestry programs currently being developed. We have chosen specifically to hybrid Populus tremula x P. alba, the ease with which it is grown and its particular biotechnological interest. This thesis presents a comprehensive study of the molecular response to polychlorinated biphenyls (PCBs), a family of persistent organic pollutants of particular relevance worldwide. It has been used for a transcriptomic approach using RNA-seq technology, to identify genes involved in the metabolism of compounds in plant and quantify their levels of activation in different controlled situations. The thesis also aims to define the underlying transcriptional control the biochemical response to these pollutants. It is surprising that the response is virtually unknown at the molecular level, despite its great potential applied in the context of phytoremediation technology. To develop this project we applied our hybrid poplar crops different concentrations of Aroclor 1221, a mixture of PCBs widely used commercially for decades, its use is now banned internationally. And we RNA samples at two different concentrations and times of exposure to the pollutant, generating an array of four elements with their corresponding controls. In order to increase the specificity of our analysis, we consider mainly the most significant differentially expressed genes in four different statistical algorithms. Moreover, functional analyzes conducted with bioinformatics tools based on sequence comparisons and networks gene co-expression. The response of genes of particular interest was validated by qRT-PCR (polymerase reaction chain in real-time quantitative. This is the first comprehensive study of the response of a plant organism in the presence of PCBs. This study allowed us to identify a considerable amount of structural and regulatory genes, defining new transcription factors whose expression is proportional to the concentration of contaminant in the middle or at the time of exposure. Correlation analyzes allow us to affirm that the metabolic response to PCBs, including possible degradative pathways, at least fifteen involved in transcription factors and forty proteins or enzymes which are particularly induced. Among the families involved include cytochromes P450, the glutathione transferases, dehydrogenases reductases (short -chain dehydrogenase reductase) and MDR proteins (multi - drug resistance). While transcription factors belong to the family found ZF-TF, MYBs, WRKYs among others. We also identify proteins of unknown function that had not been previously linked to such responses in plants such as CSP (cold- shock domain proteins). To study their possible relationship with the presence of PCBs, a gene in this family was characterized and was detected by tandem mass spectrometry (MS/MS) from maps IEF x SDS -PAGE (sodium dodecyl isoelectro x sulphate- polyacrylamide gel electrophoresis) of high resolution. By qRT -PCR could confirm the induction of the corresponding gene, ortholog to PtCSP4 of P. trichocarpa (Potri.004g172600), in response to Aroclor 1221. Phenotypic analysis of transgenic Arabidopsis thaliana lines over- expressing the protein CSP poplar hybrid confirmed a role for PCBs same tolerance, possibly through regulatory mechanisms activated MDR proteins. This work, in addition to providing new data on the molecular mechanisms triggered by the presence of PCBs in Populus, used here as a model system. Thus the potential of tree species not only as decontamination agents, and commercially exploited, but also as a potential source of interesting genes is shown. Among the genes identified in this thesis there are evident candidates to participate in tolerance mechanisms to stress induced by pollution and degrading metabolic pathways of PCBs. Precisely the possibility of degrading the pollutant attaches particular interest to this type of study off the phytoremediation of heavy metals and other elemental pollutants. The comparison of the data generated in this study with similar studies carried out in the future with other species and xenobiotics contribute to better define the response of plants to organic pollution and improve their decontamination potential.