Engineering multicellular domains in M. polymorpha from internal phytohormone gradients
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Date
2022
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Abstract
La biología sintética es un campo multidisciplinario emergente que involucra a la biología, la ingeniería, y la física en el desarrollo de abstracciones, herramientas y modelos para diseñar sustratos biológicos de manera reproducible, escalable y eficiente. Uno de los temas más desafiantes corresponde a la programación de comportamientos emergentes y procesos de autoorganización en sistemas multicelulares, campo denominado ingeniería morfogenética. Las plantas son una plataforma atractiva para estudiar cómo la formación de patrones contribuye al desarrollo y la morfogénesis, así como para definir principios morfogenéticos. Un modelo atractivo para abordar estos desafíos y reducir la brecha entre la facilidad de manejo de los organismos unicelulares y la complejidad de las plantas superiores es la hepática Marchantia Polymorpha (Marchantia). Marchantia presenta características prometedoras para la biología sintética, como un ciclo de vida más corto, una fase de gametofito haploide dominante, un genoma secuenciado con baja redundancia genética, una propagación clonal sencilla y robusta a través del subcultivo de gemas y una transformación de alta eficiencia para la manipulación genética. La ingeniería morfogenética en plantas debe enfrentar constantemente la escasez de herramientas fundacionales y componentes genéticos estandarizados, y su progreso se ha visto retrasado por la falta de información sobre los elementos funcionales de ADN. En este trabajo, nuestro objetivo es crear funciones elementales para la ingeniería de patrones en plantas mediante el establecimiento de dominios artificiales de estados celulares, utilizando gradientes internos (fitohormonas) como entradas para nuestros circuitos formadores de patrones. Para lograrlo, creamos nuevas herramientas para la construcción rápida, modular y combinatoria de circuitos genéticos en plantas, probamos elementos genéticos para construir estos circuitos y propusimos formalismos matemáticos para el desarrollo de modelos morfogenéticos. Todo esto se hizo utilizando Marchantia y sus ventajas como chasis para la biología sintética.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias con mención en Genética Molecular y Microbiología)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022