Evaluación de la expresión de genes bZIP de los grupos C y S1 en mutantes de dichos genes en Arabidopsis thaliana

Abstract

La investigación científica, en particular, en el área de la biología vegetal, permite ampliar el desarrollo de herramientas para sobrevenir a los desafíos que presenta el cambio climático en cuanto a las actividades agrícolas. La indagación sobre los mecanismos de las plantas para adaptarse a los diferentes estreses a los que se enfrentan y, particularmente, las vías de señalización involucradas en esta adaptación es muy relevante. Dentro de estos mecanismos de adaptación se encuentra la regulación de la expresión génica, donde los principales actores son los factores de transcripción (FT). Los factores bZIP C/S1 son una red de FT que regulan la respuesta celular al desbalance energético causado por el estrés. Para indagar la función de estos genes en la regulación de otros procesos celulares que permiten a la célula adaptarse, como el tráfico de endomembranas, se utilizan líneas de plantas con pérdida de función en uno o más genes. En nuestro laboratorio se cuenta con varias líneas mutantes de los genes bZIP C/S1 que, para poder ser utilizadas en experimentos que evalúen la función de dichos genes, se requiere de una confirmación de la pérdida de función de dichos genes. En este trabajo se evaluó la acumulación de transcritos de los genes mutados en las líneas mutantes bzip1, bzip10, bzip53, bzip63, bzip10/53 y bzip10/25/53. En conjunto con ello, se analizaron los niveles de transcrito de los otros genes bZIP C/S1 para evaluar la respuesta que existe frente a la pérdida de uno o más de uno de ellos. Además, se analizó la posibilidad de que los FT bZIP puedan regularse y/o autorregularse mediante un análisis bioinformático de las regiones promotoras de estos genes. Se determinó que las líneas bzip1 y bzip10 presentan pérdida de función del gen correspondiente. Adicionalmente, las líneas bzip10/53 y bzip10/25/53 muestran pérdida de función del gen bZIP10. En conjunto con ello, la línea bzip10 exhibe una disminución significativa en los niveles de bZIP1 y bZIP63; la línea bzip63 muestra un aumento significativo de bZIP10; la línea bzip10/25/53 presenta una disminución significativa de los niveles de bZIP1. Esto da cuenta de que hay una alteración en la transcripción de algunos genes bZIP cuando uno de ellos tiene pérdida de función. Finalmente, se encontraron múltiples motivos de unión para los FT bZIP C/S1 en las regiones promotoras de todos los genes analizados, lo que revela que los FT de este grupo pueden autorregularse o regular a otros miembros de la red C/S1. En base a lo expuesto anteriormente, el FT bZIP10 participaría en la regulación transcripcional de bZIP1 y bZIP63, considerando además que existen sitios de unión para bZIP10 en los promotores de ambos genes mencionados. Asimismo, bZIP63 estaría involucrado de manera indirecta en la regulación transcripcional de bZIP10. Con todo esto, se abren oportunidades de continuar la investigación utilizando estas líneas e indagar cómo la relación regulatoria entre los bZIPs C/S1 afecta a la respuesta de la planta a determinadas condiciones estresantes, como lo son el déficit nutricional de P o N, el exceso de salinidad en el sustrato, entre otros, y así ampliar el conocimiento sobre los mecanismos de adaptación al estrés de las plantas.

Scientific research, particularly plant biology, allows for the development of tools to address the challenges posed by climate change in agricultural activities. Investigating the mechanisms by which plants adapt to different stresses they encounter, especially the signaling pathways involved in this adaptation, is highly relevant. Within these adaptation mechanisms lies the regulation of gene expression, where the key players are transcription factors (TFs). The bZIP C/S1 TFs form a network that regulates cellular responses to energy imbalance caused by stress. To investigate the function of these genes in regulating other cellular processes that enable cells to adapt, such as endomembrane trafficking, loss of function plant lines are widely used. In our laboratory, we have available several mutant lines of bZIP C/S1 genes that, in order to be used in experimental settings to assess the function of these genes, require confirmation of the loss of function. In this study, the accumulation of transcripts from mutated genes was evaluated in mutant lines bzip1, bzip10, bzip53, bzip63, bzip10/53, and bzip10/25/53. Concurrently, transcript levels of other bZIP C/S1 genes were analyzed to assess the response to the loss of one, or more than one, of them. Additionally, the possibility that bZIP genes may be self-regulated and/or may regulate others within the group was explored through bioinformatic analysis of the promoter regions of these genes. It was determined that bzip1 and bzip10 lines exhibit loss of function of the respective genes. Additionally, bzip10/53 and bzip10/25/53 lines show loss of function of the bZIP10 gene. Furthermore, the bzip10 line exhibits a significant decrease in bZIP1 and bZIP63 levels; the bzip63 line shows a significant increase in bZIP10; the bzip10/25/53 line reveals a significant decrease in bZIP1. This points to a disruption in the transcription of some bZIP genes when one of them displays loss of function. Finally, multiple binding motifs for bZIP C/S1 TFs were found in the promoter regions of all analyzed genes, revealing that TFs in this group can self-regulate or regulate other members of the C/S1 network. Given the aforementioned, TF bZIP10 would be part of the transcriptional regulation of bZIP1 and bZIP63, taking into consideration the existence of TFBS for bZIP10 in the promoter regions of both mentioned genes. Additionally, bZIP63 would be indirectly involved in the transcriptional regulation of bZIP10. Hence, several opportunities arise to continue the investigation using these lines to explore how the regulatory relationship between bZIPs C/S1 affects the plant's response to specific stressful conditions, such as P or N nutritional deficiency, excess salinity in the substrate, among others. This would help expand our knowledge of plant stress adaptation mechanisms