The birth of a giant: evolutionary insights into the origin of auxin responses in plants

Resumo

A molécula sinalizadora vegetal auxina está presente em múltiplos reinos da vida. Desde sua descoberta, um século de pesquisa tem se concentrado em sua ação como fitormônio. Em plantas terrestres, a auxina regula o crescimento e o desenvolvimento por meio de programas transcricionais e não transcricionais. Alguns dos mecanismos moleculares subjacentes a essas respostas são bem compreendidos, principalmente em Arabidopsis. Recentemente, a disponibilidade de dados genômicos e transcriptômicos de linhagens verdes, juntamente com a inferência filogenética, forneceu a base para reconstruir a história evolutiva de alguns componentes envolvidos na biologia da auxina. Nesta revisão, seguimos a trajetória evolutiva que permitiu à auxina se tornar o “gigante” da biologia vegetal, com foco em briófitas e algas estreptófitas. Consideramos a biossíntese, o transporte, as respostas fisiológicas e moleculares da auxina, bem como as evidências que apoiam seu papel como mensageiro químico para a comunicação dentro dos ecossistemas. Finalmente, enfatizamos que a validação funcional de ortólogos preditos lançará luz sobre as propriedades conservadas da biologia da auxina entre as estreptófitas.

Abstract

The plant signaling molecule auxin is present in multiple kingdoms of life. Since its discovery, a century of research has been focused on its action as a phytohormone. In land plants, auxin regulates growth and development through transcriptional and non‐transcriptional programs. Some of the molecular mechanisms underlying these responses are well understood, mainly in Arabidopsis. Recently, the availability of genomic and transcriptomic data of green lineages, together with phylogenetic inference, has provided the basis to reconstruct the evolutionary history of some components involved in auxin biology. In this review, we follow the evolutionary trajectory that allowed auxin to become the “giant” of plant biology by focusing on bryophytes and streptophyte algae. We consider auxin biosynthesis, transport, physiological, and molecular responses, as well as evidence supporting the role of auxin as a chemical messenger for communication within ecosystems. Finally, we emphasize that functional validation of predicted orthologs will shed light on the conserved properties of auxin biology among streptophytes.