Componentes de la ruta de señalización del nitrógeno modulan la respuesta a sequía en Arabidopsis thaliana

Abstract

La sequía es uno de los fenómenos que más limita el crecimiento de las plantas y la productividad agrícola. Por otra parte, la disponibilidad de nitrógeno (N), macronutriente esencial para el desarrollo vegetal, también tienen un efecto a nivel de la productividad agrícola. Las plantas se adaptan a la falta de agua y a las variaciones en la disponibilidad de N modificando su fisiología y metabolismo, en particular mediante cambios tempranos de la expresión génica. Estas modificaciones son consecuencia de cambios tempranos a nivel de la expresión génica. Si bien se conocen los mecanismos que utilizan las plantas para cambiar sus patrones de expresión génica frente a estímulos individuales de carencia de agua o carencia de N, las vías de señalización que permiten integrar estas señales de manera simultánea están poco estudiadas. Para investigar estas vías, se realizó un experimento donde se expuso a Arabidopsis thaliana a concentraciones bajas y altas de N y a su vez se privó el suministro de agua (W), para evaluar cómo varía la expresión génica. Este experimento se realizó con plantas silvestres (Col-0), mutantes knock out en los genes NIN-LIKE PROTEIN 7 (NLP7) y NITRATE TRANSPORTER 1.1 (NRT1.1), involucrados en la señalización y transporte de N. Anterior a este análisis de datos, se obtuvieron datos de secuenciación de transcriptoma los cuales se analizaron para obtener una lista de conteos de lecturas para cada muestra (36 muestras totales). Una vez realizado los controles de calidad y el conteo de lecturas, se inició esta tesis, con un análisis de datos de expresión génica a escala global, en donde pudimos determinar genes expresados diferencialmente (DEGs) entre condiciones (control versus tratamiento) y genotipos (silvestre versus mutante) contrastantes. Esto se realizó con el objetivo de responder la pregunta “¿Cómo influye, a nivel transcripcional, la vía de transporte y señalización del N en la respuesta a estrés por sequía en A. thaliana?”. Identificamos un alto número de genes que poseen una expresión diferencial que depende de NLP7 y NRT1.1 y que están enriquecidos en procesos biológicos relacionados con la respuesta a la sequía y a la hormona ácido abscísico (ABA). Además, logramos identificar la red de regulación de genes entre NLP7 y el factor de transcripción ZAT6, involucrado en señalización por ABA. Esta información es relevante para comprender la adaptación de las plantas a combinación de estrés y para futuras aplicaciones en el área de la ingeniería genética en programas de mejoramiento genético.

La sequía es uno de los fenómenos que más limita el crecimiento de las plantas y la productividad agrícola. Por otra parte, la disponibilidad de nitrógeno (N), macronutriente esencial para el desarrollo vegetal, también tienen un efecto a nivel de la productividad agrícola. Las plantas se adaptan a la falta de agua y a las variaciones en la disponibilidad de N modificando su fisiología y metabolismo, en particular mediante cambios tempranos de la expresión génica. Estas modificaciones son consecuencia de cambios tempranos a nivel de la expresión génica. Si bien se conocen los mecanismos que utilizan las plantas para cambiar sus patrones de expresión génica frente a estímulos individuales de carencia de agua o carencia de N, las vías de señalización que permiten integrar estas señales de manera simultánea están poco estudiadas. Para investigar estas vías, se realizó un experimento donde se expuso a Arabidopsis thaliana a concentraciones bajas y altas de N y a su vez se privó el suministro de agua (W), para evaluar cómo varía la expresión génica. Este experimento se realizó con plantas silvestres (Col-0), mutantes knock out en los genes NIN-LIKE PROTEIN 7 (NLP7) y NITRATE TRANSPORTER 1.1 (NRT1.1), involucrados en la señalización y transporte de N. Anterior a este análisis de datos, se obtuvieron datos de secuenciación de transcriptoma los cuales se analizaron para obtener una lista de conteos de lecturas para cada muestra (36 muestras totales). Una vez realizado los controles de calidad y el conteo de lecturas, se inició esta tesis, con un análisis de datos de expresión génica a escala global, en donde pudimos determinar genes expresados diferencialmente (DEGs) entre condiciones (control versus tratamiento) y genotipos (silvestre versus mutante) contrastantes. Esto se realizó con el objetivo de responder la pregunta “¿Cómo influye, a nivel transcripcional, la vía de transporte y señalización del N en la respuesta a estrés por sequía en A. thaliana?”. Identificamos un alto número de genes que poseen una expresión diferencial que depende de NLP7 y NRT1.1 y que están enriquecidos en procesos biológicos relacionados con la respuesta a la sequía y a la hormona ácido abscísico (ABA). Además, logramos identificar la red de regulación de genes entre NLP7 y el factor de transcripción ZAT6, involucrado en señalización por ABA. Esta información es relevante para comprender la adaptación de las plantas a combinación de estrés y para futuras aplicaciones en el área de la ingeniería genética en programas de mejoramiento genético.