Role of the RdDM pathway in the expression of transgenerational vernalization effects in Arabidopsis thaliana

MARÍA CLARA FONTANA; VIRGINIA IBARRA; GABRIELA A AUGE

Congreso; XXXIII Argentinian Meeting of Plant Physiology (Reunión Argentina de Fisiología Vegetal); 2021

Sociedad Argentina de Fisiología Vegetal

Las plantas son capaces de percibir y responder a los cambios ambientales que ocurren durante su ciclos de vida y los de generaciones anteriores, lo que les permite desarrollar estrategias para ajustar su desarrollo y crecimiento a condiciones que aseguren la supervivencia de la progenie. En Arabidopsis thaliana, la respuesta de la progenie a las condiciones ambientales experimentadas por la planta madre fue asociada a la síntesis de pequeños ARNs y cambios en la frecuencia de metilación de ADN, lo que sugiere un rol para el mecanismo de metilación de ADN mediado por ARN (RdDM). La vernalización (periodo de frío prolongado que indica el paso del invierno) afecta las transiciones del desarrollo de forma transgeneracional y puede en consecuencia afectar procesos ecológicos y evolutivos. Para entender el proceso mediante el cual cambios estacionales experimentados por las plantas son transmitidos a la progenie, caracterizamos la respuesta a la vernalización explorando la influencia del ambiente sobre caracteres clave del ciclo de vida de la planta madre y la progenie, y las correlacionamos con la respuesta de mutantes del mecanismo RdDM. Nuestros resultados muestran que el ambiente experimentado por las plantas madre tiene una fuerte influencia en la expresión de fenotipos en la misma generación y al menos una generación subsiguiente. Observamos que la germinación, el tiempo a floración y la producción de biomasa reproductiva en la progenie están al menos en parte regulados por el mecanismo RdDM, mostrando una compleja interacción entre el ambiente experimentado por diferentes generaciones, los programas de desarrollo y la memoria epigenética.Plants can respond to environmental changes experienced throughout their life cycles and even those experienced by previous generations, developing strategies to adjust developmental transitions to conditions that ensure progeny’s survival. In Arabidopsis thaliana, progeny responses to environments of previous generations have been associated with the function of small RNA synthesis genes and with DNA methylation frequency changes, suggesting a role for the RNA-directed DNA methylation pathway (RdDM). Vernalization (a period of cold that signals winter) impacts developmental transitions transgenerationally and has the potential to influence ecological and evolutionary processes. To understand the process by which seasonal environmental changes influence the development of plants across generations, we characterized responses to maternal vernalization on key progeny traits, and evaluated their correlation with the phenotypes of RdDM pathway mutants. Our results show that environmental cues experienced by plants even early in their life cycles (vernalization) have a strong influence on developmental traits of at least one subsequent generation. This effect on progeny germination, flowering time and reproductive biomass production is at least partially regulated by the RdDM pathway as RdDM mutants show significantly different responses when compared with the wild type genotype and between maternal treatments. Altogether, our results show a complex interaction between environments experienced by different generations and the mechanisms regulating epigenetic memory.