Caracterización de las regiones UTR y su rol en la evolución de la anatomía foliar C4

REINHEIMER R; GIGENA V

Congreso; V Reunión Argentina de Biología Evolutiva (RABE); 2023

En el ámbito de la biología de las plantas los mecanismos que dieron origen a la anatomía foliar Kranz y, con ello, al surgimiento de la fotosíntesis C4 es aún uno de los misterios sin resolver. En nuestro laboratorio estudiamos los mecanismos moleculares responsables del origen y diversificación de los sistemas fotosintéticos en hojas de gramíneas. En particular, buscamos profundizar el conocimiento sobre el rol de SHORT-ROOT (SHR) durante el desarrollo anatómico foliar. SHR es un factor de transcripción de la familia GRAS que se sabe contribuye al establecimiento de la vaina Kranz en hojas que realizan fotosíntesis C4 como el maíz. Empleando reconstrucciones filogenéticas hemos identificado duplicaciones de SHR exclusivas de gramíneas determinando la presencia de múltiples copias poco estudiadas, aquí denominadas SHR1a, SHR1b y SHR2. Con el objetivo de generar información sobre el rol de las diferentes copias de SHR en gramíneas decidimos, inicialmente, explorar el grado de conservación de las secuencias peptídicas y los patrones de expresión asociados a cada una de las copias mediante búsquedas BLASTp, alineamiento de secuencias y utilización de herramientas de visualización de la expresión en bases de datos gratuitas.Los resultados indican que la región codificante de todas las copias está altamente conservada. Por otro lado, los estudios de expresión sugieren diferencias en los patrones y niveles de expresión de las copias entre especies C3 y C4 . En función de los resultados preliminares y la literatura disponible nos propusimos analizar las regiones no traducidas (UTR, untranslated regions) de las copias de SHR de especies representativas de gramíneas con el objetivo de detectar elementos reguladores de expresión, que permitan explicar las diferencias en los patrones y niveles de expresión mencionados anteriormente. Para ello decidimos realizar un estudio comparativo de la región 5’UTR de los genes homólogos a SHR en especies de gramíneas C3 y C4 . Estas regiones 5’UTR fueron escaneadas usando el software MEME Suite con el objetivo de encontrar motivos conservados. Los resultados obtenidos indican que la región 5’UTR de SHR1a, de las especies C4 se encuentra altamente conservada y difiere notablemente de su homólogo C3 ; mientras que el nivel de conservación entre las secuencias 5’UTR de las copias restantes no es evidente. Adicionalmente observamos que, la región 5’UTR de SHR1a contiene un potencial upstream Open Reading Frame (uORF) a 40pb, aproximadamente, del sitio de inicio de la traducción. La presencia de elementos reguladores evolutivamente conservados en regiones no traducidas y la identificación de potenciales uORF sugieren que estas regiones pueden ser funcionalmente relevantes. Con el objetivo de evaluar el impacto de la región 5’UTR como reguladora de la función de SHR1, decidimos transformar plantas de Nicotiana benthamiana (tabaco), de forma transitoria con construcciones génicas que llevan las secuencias de los 5’UTR de SHR1 de Setaria viridis (C4) y Oryza sativa (C3) y la copia homóloga de Arabidopsis thaliana río arriba del gen reportero GUS y río abajo del promotor constitutivo 35S. Los resultados indican que los niveles de proteína GUS son significativamente menores cuando se encuentran bajo el 5’UTR de la copia SHR1a con respecto a la región no traducida de la copia b; por el contrario los niveles de expresión de GUS de las mismas muestras no mostraron diferencias significativas en los niveles de ARNm entre las copias. En consecuencia, las regiones 5’UTR podrían influir en la regulación a un nivel post-transcripcional entre las copias SHR1a y SHR1b. A partir de este trabajo logramos avanzar en el conocimiento del modo de acción SHR en el desarrollo vegetal y especialmente en el foliar de gramíneas.