Estudio de los mecanismos de acción de factores de transcripción vegetales de la familia TCP

Tesis

Resumen *

El término termomorfogénesis hace referencia a los cambios en los patrones de crecimiento, desarrollo y morfología de las plantas que se producen como consecuencia de un incremento moderado en la temperatura ambiente, que supera la temperatura ideal de crecimiento de las plantas, pero no alcanza niveles para producir estrés por calor. Dentro de estos cambios se encuentra una mayor elongación del hipocotilo y de los pecíolos de las hojas. A partir de diversos estudios se ha propuesto que PIF4, un factor de transcripción de la familia bHLH, es un actor central en la termomorfogénesis. Durante la elongación del hipocotilo, PIF4 actúa promoviendo la síntesis de auxinas, giberelinas y brasinosteroides mediante la regulación directa de la expresión de genes que codifican enzimas de biosíntesis de estas hormonas. Por otro lado, se ha reportado que varios miembros de la familia de genes SAUR, cuya expresión se induce en forma temprana por auxinas, también son requeridos para la respuesta al aumento en la temperatura y son inducidos en forma directa por PIF4. Además, los genes PRE y HBI1, que codifican proteínas con dominio HLH, están involucrados en la regulación de la expansión celular en respuesta al ambiente mediante vías relacionadas con las del factor de transcripción PIF4. Los factores de transcripción de la familia TCP son específicos de plantas. Su nombre se debe a que sus miembros poseen un dominio proteico conservado, denominado TCP, involucrado en la unión al ADN y en la interacción con otros miembros de la familia. En general, estas proteínas actúan a través de la regulación, ya sea positiva o negativa, de la proliferación, el crecimiento y la diferenciación celular, y participan en diversas vías hormonales. Durante el desarrollo del presente trabajo de Tesis nos propusimos como objetivo estudiar el funcionamiento de las proteínas TCP de clase I como coordinadores del desarrollo de las plantas en respuesta a señales internas y del ambiente. Hemos determinado que TCP14 y TCP15 son necesarias para la respuesta de Arabidopsis al aumento en la temperatura ambiente. Particularmente, encontramos que las mutantes deficientes en estas proteínas tienen afectado el crecimiento de los pecíolos y de los hipocotilos que ocurre ante un incremento en la temperatura ambiente. Si bien las plantas deficientes en TCP14 y TCP15 presentan un menor crecimiento del hipocotilo en condiciones de alta temperatura, nuestros resultados sugieren que estas proteínas TCP de clase I no mediarían las respuestas a alta temperatura a través de la regulación de la biosíntesis de auxinas. Sin embargo, observamos que la inducción de algunos genes de respuesta a auxinas que son regulados por los factores ARF de respuesta a esta hormona, como los genes SAUR, está afectada en las mutantes en TCP14 y TCP15. También observamos que TCP14 y TCP15 son requeridas para la inducción del gen GA20ox1, que codifica una enzima que participa en las etapas finales de síntesis de giberelinas, ante un aumento de la temperatura. TCP15 se une in vivo al promotor de este gen, lo que sugiere que podría regularlo en forma directa. Además, encontramos que los niveles de la proteína DELLA RGA, que responden en forma inversa a los niveles de giberelinas, se encuentran aumentados en las mutantes en TCP14 y TCP15. Esto sugiere que las proteínas TCP promoverían la biosíntesis de giberelinas durante la respuesta a un aumento de la temperatura. Por otro lado, encontramos que TCP15 se une in vivo a los promotores de los genes reguladores del crecimiento HBI1 y PRE6. Dado que la expresión de estos dos genes se encuentra afectada en las mutantes en TCP14 y TCP15 cultivadas a alta temperatura, se puede sugerir que TCP14 y TCP15 regularían también en forma directa la expresión de HBI1 y PRE6. Observamos que la sobreexpresión de HBI1 revierte los defectos en el crecimiento de plantas mutantes en TCP14 y TCP15, lo que sugiere que HBI1 sería un blanco importante de la acción de las proteínas TCP de clase I durante la termomorfogénesis. Durante nuestros estudios encontramos que muchos de los genes regulados por TCP15 también son blancos directos de PIF4 y que los promotores de estos genes presentan un enriquecimiento en los motivos de unión al ADN de PIF4 y de las proteínas TCP. La unión de PIF4 a los promotores de GA20ox1 y HBI1 es menos eficiente en ausencia de las proteínas TCP de clase I, lo que sugiere que estas proteínas facilitarían la interacción de PIF4 con algunos de sus genes blancos. Además, determinamos que TCP15 interacciona con PIF4. En conjunto, estos hallazgos sugieren que las proteínas TCP14 y TCP15 se integran a la compleja vía que conduce a la respuesta de desarrollo de las plantas frente a un aumento de la temperatura, regulando en forma directa la expresión de genes involucrados en la biosíntesis de giberelinas y en la promoción de la expansión celular e interactuando funcional y físicamente con PIF4. Nuestros resultados aportan nuevas evidencias para entender desde un punto de vista molecular las respuestas de las plantas ante un incremento de la temperatura ambiente. Información suministrada por el agente en SIGEVA