Modulación de la exportación nuclear de transcritos durante la respuesta a nitrato en Arabidopsis thaliana
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2021
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Abstract
El nitrógeno es un macronutriente esencial para el crecimiento, desarrollo y productividad agrícola de las plantas. El nitrato, la principal fuente de nitrógeno en los suelos agrícolas, es una importante molécula señalizadora que regula la expresión génica en organismos vegetales. La respuesta a nitrato se ha caracterizado principalmente a nivel del transcriptoma utilizando ARN de células completas y muchas veces pasando por alto eventos de regulación postranscripcional. La exportación nuclear de ARN mensajeros (ARNm) se destaca como un paso crucial en la modulación de la expresión génica al conectar los procesos de transcripción y traducción. En un esfuerzo por dilucidar la función de la exportación nuclear de ARNm en la respuesta a nitrato, se analizó la dinámica de la acumulación nucleocitoplasmática de transcritos en raíces de Arabidopsis thaliana tratadas con nitrato, utilizando una estrategia de fraccionamiento celular y secuenciación de ARN. Se identificaron 402 genes con transcritos diferencialmente localizados (DLT) en respuesta al nutriente. Cinco patrones de localización de ARNm fueron observados en respuesta a nitrato: Reducción nuclear, reducción citoplasmática, acumulación nuclear, acumulación citoplasmática y acumulación citoplasmática retrasada. Las transcritos con diferentes patrones de localización mostraron diferencias en su longitud, contenido GC y densidad de sitios de corte y empalme. Además, se identificaron diferencias en los cambios inducidos por nitrato en la ocupancia de la ARN polimerasa II y de la vida media entre DLTs, destacándose a NITRATE REDUCTASE 1 (NIA1) como el gen con el transcrito con mayores cambios en síntesis y degradación. Mediante detección in situ de molécula única para NIA1, se mostró que su acumulación nuclear temprana ocurre principalmente en los sitios de síntesis. Además, el análisis de los perfiles de decaimiento del ARN de NIA1 en diferentes tiempos del tratamiento mostró una vida media más alta en su fase nuclear que en la citoplasmática, lo que sugiere que el retraso en la acumulación citoplasmática podría ser una estrategia para regular la concentración de ARN en el citoplasma. debido a sus altas tasas de transcripción y degradación.
Además, con el fin de dilucidar los efectos fisiológicos que podría generar la localización diferencial de los transcritos en la respuesta a nitrato, se realizó una red génica, seguida de un análisis de genética reversa. Se identificaron seis factores de transcripción con ARNm diferencialmente localizados como nodos principales de genes de respuesta a nitrato. BZIP3 y VRN1 destacaron por ser reguladores de genes involucrados en el transporte de nitrato, asimilación de nitrato y procesos de desarrollo. Análisis preliminares de la raíz de mutantes insercionales para los genes BZIP3 y VRN1 mostraron diferencias en la longitud de la raíz primaria y la emergencia de raíces laterales en respuesta a nitrato. Además, se observaron ligeras diferencias en la inducción de los niveles de ARNm para los genes que codifican para reductasas y transportadores de nitrato.
De esta manera, esta tesis describe la dinámica de la distribución nucleocitoplasmática de transcritos en respuesta a nitrato, controlando la expresión de genes esenciales para procesos metabólicos y de regulación. Estos resultados sugieren que la exportación nuclear de ARNm cumple un papel de ajuste de la expresión génica para adaptar la fisiología vegetal a un estímulo nutricional.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias Biológicas con mención en Genética Molecular y Microbiología)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021