Análisis de las relaciones funcionales existentes entre la metilación de DNA y la repuesta a estrés por frio

Abstract

[ES] Las plantas presentan una serie de mecanismos de adaptación y supervivencia que les ha permitido hacer frente a distintas condiciones medioambientales adversas que actúan como inductoras del estrés. La estabilidad genómica es un requisito primordial para el correcto crecimiento y desarrollo, pero también es necesario un cierto grado de plasticidad genética con el fin de interaccionar con el ambiente y sobrevivir a posibles condiciones adversas. Uno de los mecanismos que emplean las plantas para lograr la adaptación y supervivencia es la inducción de cambios epigenéticos en el genoma, como es la metilación. Un mayor nivel de metilación se asocia normalmente con el silenciamiento de esa secuencia o región por lo que la metilación de citosinas tiene un papel importante en la regulación transcripcional. Este proceso en plantas es llevado a cabo por diversos mecanismos, pero destaca la metilación del DNA dirigida por RNA (RdDM), en la que siRNAs de 24 nucleótidos actúan como guías para determinar que regiones se metilan. Con estos cambios epigenéticos, las plantas activan o reprimen diferentes vías/rutas transcripcionales con el fin de conseguir tolerar el estrés y sobrevivir. Este Trabajo Final de Grado trata de analizar las relaciones funcionales existentes entre la metilación del DNA y la respuesta a estrés por frío en la planta de melón. Para ello se realizó la secuenciación del DNA genómico bisulfitado de plantas de melón control y sometidas a frío. A partir de los datos de los datos obtenidos se analizó la metilación de las citosinas en los diferentes contextos de secuencia y mediante el uso del visor SeqMonk se cuantificó la metilación a lo largo de las diferentes regiones del genoma, se analizaron estadísticamente que regiones habían cambiado el patrón de metilación en las condiciones de frío respecto al control y se estudió los procesos biológicos implicados en la respuesta a frío mediante la cuantificación de los términos GO asociados a estas regiones. Se ha observado que, en condiciones de bajas temperaturas, la planta de melón experimenta reducción de la metilación de citosinas en el contexto de secuencia CHH, una represión de los procesos biológicos relacionados con la fotosíntesis y por otro lado se produce la activación de procesos biológicos relacionados con el metabolismo de lípidos/aminoácidos, procesos de respuesta a estrés salino y el transporte, movilización y compartimentalización de los iones/cationes. Estos resultados muestran que ante condiciones de bajas temperaturas la planta activa ciertos elementos transponibles para aumentar la variabilidad fenotípica de la planta, aumenta la síntesis de lípidos insaturados y osmolitos para mantener la fluidez de la membrana y el potencial osmótico, y activa el transporte de iones para evitar alcanzar concentraciones tóxicas, mientras en frío disminuye la fotosíntesis.

[EN] Plants have adaptation and survival mechanisms that have allowed them to face different adverse environmental conditions that act as stress inductors. Genome stability is a prerequisite for the proper growth and development, but also a certain degree of genetic plasticity is required in order to interact with the environment and survive to possible adverse conditions. One of the mechanisms that plants use to achieve adaptation and survival is the induction of epigenetic changes in the genome, such as methylation. A higher level of methylation is usually associated with the silencing of that sequence or region and thus has a role in transcriptional regulation. This process in plants is carried out by diverse mechanisms, but it should be noted the RNA-directed DNA methylation (RdDM), in which by 24 nucleotides siRNAs determine regions to be methylated. With this epigenetic changes, plants activate or repress different pathways or transcriptional routes in order to manage to tolerate stress and survive. This Final Degree Project seeks to analyze the functional relationships between DNA methylation and the response to cold stress in the melon plant. For this purpose, bisulphite treated genomic DNA of control and exposed to cold stress melon plants were sequenced. From the data obtained, cytosine methylation was analyzed in the different sequence contexts and by using the SeqMonk viewer, methylation was quantified throughout the different regions of the genome, statistically analyzing which regions had changed the methylation pattern in cold conditions and the biological processes involved in the cold response were studied by quantifying the GO terms associated with these regions. It has been observed that, under conditions of low temperatures, the melon plant experiences a reduction of cytosine methylation in the context of CHH sequence, a repression of the biological processes related to photosynthesis and on the other hand the activation of biological processes related to lipid/amino acid metabolism, response processes to salt stress and transport, mobilization and compartmentalization of ions / cations. These results show that under conditions of low temperatures the plant activates certain transposable elements to increase the phenotypic variability of the plant, increases the synthesis of unsaturated lipids and osmolytes to maintain membrane fluidity and osmotic potential, and activates ion transport to avoid reaching toxic concentrations, while cold decreases photosynthesis.