Ensamblado del transcriptoma de novo y análisis de expresión diferencial de genes en respuesta al estrés hídrico en Nothofagus alpina

LOPEZ LAPHITZ RITA MARIA; ARANA VERONICA; VARELA SANTIAGO; BECKER LEANDRO; SOLIANI CAROLINA; AZPILICUETA M. MARTA; MARCHELLI PAULA; BELLORA NICOLAS

Mendoza

Congreso; VIII Congreso Forestal Latinoamericano y V Congreso Forestal Argentino; 2023

Universidad de Cuyo-CONICET, Gobierno Mendoza, AFoA, CONFLAT

ntroducción. El estudio de las bases genéticas de la respuesta de los organismos frente a factores abióticos resultaindispensable para predicciones futuras frente a distintos escenarios de cambio climático (Bellard et al. 2012; Razgour et al.2019). En particular, las sequías cada vez más frecuentes han demostrado tener un gran impacto sobre los árboles (Diao et al.2021). El bosque templado subantártico (34°50’ S - 55° S), distribuído a través de gradientes de precipitación decreciente deoeste a este, presenta una alta biodiversidad con presencia de especies endémicas del género Nothofagus, entre las que seencuentra Nothofagus alpina, de alto valor comercial y ecológico. Recientes predicciones han demostrado una alta vulnerabilidadde esta especie frente al cambio climático (Marchelli et al. 2017). Por ello, es fundamental conocer las bases genéticas quesubyacen a posibles adaptaciones al estrés abiótico.Objetivos. Realizar la secuenciación y el ensamblado de novo del transcriptoma de N. alpina, e identificar genes clave en víasmetabólicas de la respuesta al estrés hídrico.Metodología. Plantas en macetas de 3 litros fueron sometidas a dos tratamientos: a) control con riego periódico, y b) inducciónde estrés hídrico vía suspensión de riego, monitoreándose contenido de agua en maceta, potencial hídrico de la planta en pre-alba, y conductancia estomática. El ensayo se repitió en dos estaciones de crecimiento. Hojas del tratamiento control y demáximo estrés hídrico (Ψ (pd) < - 1,5 Mpa) fueron colectadas, utilizadas para extracción de ARN y secuenciación masiva RNA-seq.Se realizó ensamblado con Trinity y se anotó contra el proteoma de Arabidopsis thaliana. Se utilizaron los programas Salmon yDESeq2 para identificación de genes diferencialmente expresados, y clusterProfiler para análisis de sobrerrepresentación (ORA) yde enriquecimiento de conjunto de genes (GSEA). Se visualizaron las interacciones entre proteínas mediante redes empleandoCytoscape, identificando genes de alto tráfico en las vías metabólicas con la aplicación Cytohubba.Resultados. Las plantas bajo estrés hídrico mostraron una disminución abrupta del potencial agua, coincidiendo con ladisminución del contenido de agua en maceta y de la conductancia estomática de la hoja, demostrando que habíanalcanzado un nivel de estrés considerable.Se obtuvieron 105.052 transcriptos, de los cuales se anotaron 57.497 transcriptos. Se encontraron un total de 2.879 genesexpresados diferencialmente entre ambos tratamientos, de los cuales 1.113 fueron activados o sobre-expresados y 1.766suprimidos o sub-expresados. Entre los genes activados se encontraron genes relacionados a la respuesta al estrésoxidativo (ej. GolS1, GolS2, DIN10) y disminución de azúcares (ej. DIN4), vías dependientes e independientes de auxina (ej. ABI1,HAI3, HAB2, MAPKKK17, CIPK25), y factores de transcripción (ej. WRKY75, Rap2.6L, AFP2). Los genes suprimidos se relacionaron almetabolismo lipídico (flexibilidad y elongación de la pared celular, ej. IRXs, PGSIP), y a la cadena transportadora de electronesfotosintética (ej. CRR1, FRO7). El análisis del enriquecimiento de conjunto de genes reveló varios Procesos Biológicossignificativos, entre ellos figuran activados los términos “procesos catabólicos", “respuesta a ácido abscísico” y “respuesta ahipoxia”; y suprimidos los términos "procesos metabólicos”, “biogénesis” y “biosíntesis".Conclusiones. El presente estudio constituye una importante contribución para la identificación de genes clave en la respuestaal estrés hídrico de árboles nativos de los bosques andino-patagónicos. La activación de quinasas, fosfatasas y factores detranscripción sugieren la activación de vías de señalización por medio de hormonas para evitar la deshidratación a través delmecanismo del cierre de estomas. La supresión de vías metabólicas de la biogénesis secundaria de la pared celular y su dinámica,así como de la biosíntesis de ácidos grasos, sugieren una disminución del crecimiento dada la menor disponibilidad de azúcares.La información generada permitirá continuar trabajando sobre regiones específicas del genoma relacionadas al estrés enrespuestas a factores abióticos, así como proyectar estudios de poblaciones naturales que permitan anticipar las respuestas deestos bosques al cambio climático.