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Tipo: Tese
Título: Vetor de silenciamento gênico e análise compreensiva da resposta ao estresse no retículo endoplasmático em soja
Gene silencing vector and comprehensive analysis of the endoplasmic reticulum stress response in soybean
Autor(es): Silva, Priscila Alves da
Abstract: O silenciamento de RNA pode ser induzido em plantas como resultado da infecção por vírus, um processo denominado “silenciamento gênico induzido por vírus” (virus induced gene silencing) – VIGS. Vetores VIGS permitem de uma forma rápida e eficiente a análise funcional de genes de soja por genética reversa. A construção de um vetor de silenciamento viral para inativação de genes de soja foi baseado na modificação do genoma do DNA-A de SoCSV (Soybean chlorotic spot virus) de forma a deletar o gene da proteína do capsídeo, e incorporar sítios de enzimas de clonagem chaves que permitam a inserção de sequências para silenciamento específico de genes alvos. O vetor de silenciamento derivado do genoma de SoCSV poderá ser usado para permitir o entendimento entre as possíveis comunicações cruzadas entre a via UPR e a via de morte celular mediada por NRPs (DCD/NRP), já que a falta de conhecimento com relação aos transdutores de sinais da referida via UPR em soja tem limitado seu estudo. A via UPR (Unfolded Protein Response) é desencadeada pelo acúmulo de proteínas mal dobradas e, por sua vez, é induzida para garantir o dobramento adequado das proteínas atenuando o estresse no RE. Nos mamíferos, a via UPR muito bem caracterizada é regulada pelo chaperone molecular, BiP, e ativada por três receptores: PERK, IRE1 e ATF6. A caracterização da via UPR em Arabidopsis foi baseada em mamífero e é ativada por duas classes de receptores transmembranas do RE: bZIP28 e bZIP17 (homólogos de ATF6) e IRE homólogos, IRE1a e IRE1b. Apesar da importância do RE como uma organela chave envolvida em respostas adaptativas a estresse, a resposta ao estresse RE não tem sido caracterizada no genoma da soja. Portanto, por análise in silico, em comparação com Arabidopsis, e estudos funcionais foi gerado um painel com um completo cenário de resposta ao estresse no RE em soja. No genoma da soja foram também identificados fatores de transcrição induzidos por estresse no RE, um associado à membrana, ortólogo de AtNAC062 e um fator de transcrição ortólogo de AtNAC103. Além de genes envolvidos na via UPR, foi identificado um fator de transcrição associado à membrana do RE, ortólogo de AtNAC89, que contém um domínio NAC e up-regula vii genes associados a morte celular. Em soja foi demonstrado que o sinal de estresse no RE e estresse osmótico integra com outras repostas adaptativas, como a via de sinalização de morte celular programada mediada por DCD/NPRs, específica de planta e iniciada por GmERD15 que ativa o promotor alvo NRP. A expressão aumentada de NRP leva à indução de GmNAC81 e GmNAC30 que cooperam para ativação da expressão do gene VPE (vacuolar processing enzyme), que, por sua vez, executa o processo de morte celular programada. Ao contrário, por análise in silico mostramos que esta via de morte celular mediada por DCD/NRP também é conservada em Arabidopsis, com exceção para GmERD15, que aparententemente não possui ortólogo em Arabidopsis. Em nossa pesquisa fornecemos evidências que as respostas de estresse no RE funcionam de forma semelhante. Primeiramente uma alta conservação de estruturas primárias de soja com preditos ortólogos de Arabidopsis possuem domínios de localização e funcional comuns que podem ser associados com atividade bioquímica correta e localização subcelular. Em segundo, os dois ramos da UPR em soja foram analisados funcionalmente. Ortólogos bZIP17/28 (GmbZIP37 e GmbZIP38) e ortólogo ZIP60 (GmbZIP68) de soja possuem organização estrutural similar e assim como em Arabidopsis são induzidos por estresse no RE e o putativo substrato de GmIREs, transcrito GmbZIP68, possui sítio canônico para atividade endonuclease de IRE1 e sofre splicing sob condições de estresse no RE. A expressão de bZIP38, bZIP37 e bZIP68 suporta que a via UPR em plantas é funcionalmente conservada em soja. O amplo painel compreensivo de resposta a estresse do RE em soja gerado permite predições funcionais da sinalização de componentes de estresse no RE. Portanto, o vetor VIGS desenvolvido possibilitará um avanço na caracterização funcional dos componentes da via e possibilidade de conecções com respostas a múltiplos estresses em plantas.
The RNA silencing can be induced in plants as a result of virus infection, this process is called virus induced gene silencing – VIGS. VIGS vectors allow a fast and efficient functional analysis of soybean genes by reverse genetics. The construction of a VIGS vector for the soybean genes inactivation was based in the modification of the DNA-A of SoCSV (Soybean chlorotic spot virus) genome aiming to delete the protein gene of the capsid, and to incorporate enzyme sites of cloning keys that allow the insertion of sequences to the silencing of specific target genes. The silencing vector derived from the SoCSV genome can be used to enable a better understanding between the possible cross-communication between the UPR pathway and the pathway of cell death mediated by NRPs (DCD/NRP), since the lack of knowledge about transducers signals of the UPR via has limited its study. The UPR (Unfolded Protein Response) is triggers by the accumulation of unfolded proteins, and it is induced to guarantee the proper protein folding attenuating the stress on ER (endoplasmic reticulum). In mammals, a very well characterized UPR pathway is regulated by the molecular chaperone BiP, and it is activated by three receptors: PERK, IRE1 e ATF6. The UPR pathway characterization in Arabidopsis was based on mammals and it is activated by two classes of transmembrane receptors of ER: bZIP28 e bZIP17 (homologs of ATF6) and IRE homologs, IRE1a and IRE1b. Despite the importance of the RE as a key organelle involved in adaptative responses to stress, the ER stress response has not been characterized in the soybean genome. Therefore, by in silico analysis, in comparison with Arabidopsis and functional studies, a panel was created with a complete scenario of ER stress response in soybean. In the soybean genome were also identified transcription factors induced by stress in the ER, one of them associated to the membrane, orthologs of AtNAC062, and a transcription factor ortholog of AtNAC103. Besides the genes involved on the UPR pathway, a transcription factor associated with the ER membrane, orthologs of AtNAC89, that contains a NAC domain and up regulates genes associated to the cell death was identified. In soybean, it was demonstrated that the ER stress and osmotic ix stress-signal integrates with other adaptive responses, as the plant-specific cell death signaling pathways mediated by DCD/NPRs and initiated by GmERD15, that activates the target promoter NPR. The increased expression of NPR leads to the induction of GmNAC81 and GmNAC30 that cooperate to the activation of the expression of the VPE gene (vacuolar processing enzyme), that executes the process of programmed cell death. In a reverse approach, by in silico analysis we also examined the Arabidopsis genome for components of a previously characterized ER stress-induced cell death signaling response in soybean. With the exception of GmERD15, which apparently does not possess an Arabidopsis ortholog, the Arabidopsis genome harbors conserved GmNRP, GmNAC81, GmNAC30 and GmVPE sequences that share significant structural and sequence similarities with their soybean counterparts. In our research we showed evidences that the stress response in the ER operates in a similar fashion in both soybean and Arabidopsis. Firstly, a high conservation of primary structures of soybean with predicted Arabidopsis orthologs have functional common domains that can be associated to the biochemistral activity and subcellular localization. Secondly, both branches of UPR in soybean were analysed functionally. The bZIP17/bZI28 orthologs (GmbZIP37 and GmbZIP38) and ZIP60 ortholog (GmbZIP68) from soybean have a similar structural organization and as in Arabidopsis they are induced by stress in ER and the putative substrate of GmIREs, transcript GmbZIP68, have canonical site to endonuclease activity of IRE1 and undergoes alternatively spliced under stress conditions in ER. The expression of bZIP38, bZIP37 and bZIP68 supports that the UPR pathway in plants is functionally conserved in soybean. Our in silico analyses, along with functional data, have generated a comprehensive overview of the ER stress response in soybean as a framework for functional prediction of ER stress signaling components. Therefore, the development of VIGS vector enables an advance in the functional characterization of the pathway components and the possible connections with multiple stress responses in plants.
Palavras-chave: Soja - Melhoramento genético
Glycine max
Silenciamento gênico induzido por vírus
Estresse no retículo endoplasmático
CNPq: Genética Molecular e de Microrganismos
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Citação: SILVA, Priscila Alves da. Vetor de silenciamento gênico e análise compreensiva da resposta ao estresse no retículo endoplasmático em soja. 2015. 140 f. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2015.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/6845
Data do documento: 8-Mai-2015
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