Caracterización del mecanismo por el que el factor de transcripción DOF4.1 controla la longevidad de semillas en Arabidopsis

Abstract

[ES] La semilla es el vector principal de propagación de las plantas; por tanto, su correcto desarrollo y maduración resulta crucial para las mismas. Durante su almacenamiento y transporte sufren envejecimiento natural (natural aging) que puede conllevar anormalidades en el crecimiento e incluso la pérdida de su viabilidad, teniendo como consecuencia pérdidas económicas y de biodiversidad genética. La viabilidad de las semillas depende tanto de factores ambientales (humedad, temperatura y oxígeno) como de factores genéticos. Estudiar cuáles son estos factores genéticos ayudará en último término a alargar la vida útil de las semillas, repercutiendo positivamente en la agricultura y en la preservación de la biodiversidad. Uno de estos factores genéticos ha sido recientemente identificado en trabajos previos a partir de un estudio de asociación para evaluar longevidad de semilla en ensayos de envejecimiento acelerado: el gen DOF4.1 (At4g00940), que codifica para un factor de transcripción de tipo DOF. La pérdida de función en dicho gen provoca mayor resistencia al envejecimiento acelerado y un análisis transcriptómico de semillas de una línea mutante de pérdida de función del gen DOF4.1 ha revelado que dicha línea presenta una expresión incrementada de genes que codifican para Seed Storage Proteins (SSPs). El presente trabajo se ha centrado en continuar la caracterización funcional del factor de transcripción DOF4.1, profundizando en su implicación en la longevidad de semillas de Arabidopsis y en establecer la relación con la mayor acumulación de SSPs. Los resultados del trabajo han permitido confirmar que este factor de transcripción es un regulador negativo de la longevidad de semillas, ya que al sobreexpresar el gen en el mutante dof4.1 se revierte su fenotipo. Por otro lado, se ha observado que los altos niveles de expresión de genes codificantes para SSPs en el mutante dof4.1 se mantienen a lo largo del desarrollo de la semilla, presentando el mutante también una mayor cantidad de proteínas SSPs en semilla seca. Asimismo, los resultados sugieren que la mayor tolerancia del mutante al envejecimiento de semillas puede deberse a su mayor acumulación de SSPs, que actuarían como trampas de ROS (Reactive Oxygen Species), disminuyendo la carbonilación de proteínas esenciales para la viabilidad de la semilla. Finalmente, se ha visto que los datos transcriptómicos de la línea mutante correlacionan negativamente con los de mutantes en reguladores maestros del desarrollo de semilla como LEC1, ABI3 y FUSCA3 y que estos pueden regular, de forma indirecta, al gen DOF4.1. Por lo tanto, este trabajo ha avanzado en la caracterización de un factor de transcripción (DOF4.1) que permitirá ampliar nuestro conocimiento sobre la red de regulación del desarrollo y maduración de las semillas de Arabidopsis. Asimismo, ha confirmado su importante rol en la longevidad de semillas.

[EN] The seed is the main plant propagation vector; therefore, their correct development and maturation is crucial for them. During the storage and transport, seeds suffer natural aging that can lead to abnormalities in growth and even the loss of their viability, resulting in economic and genetic biodiversity losses. The viability of seeds depends on environmental factors (humidity, temperature and oxygen) and genetic factors. Studying these genetic factors will help to extend the life of the seeds, having a positive impact on agriculture and the preservation of biodiversity. One of these genetic factors has recently been identified in previous work from an association study to evaluate seed longevity in accelerated aging essay: DOF4.1 gene (At4g00940), This gene codes for a DOF type transcription factor. Loss of function in this gene increased resistance to accelerated aging. A transcriptomic analysis of loss of function mutant line of the DOF4.1 gene seeds revealed that this line has an increased expression of genes encoding proteins for storage of seeds (SSP). The present work has focused on continuing the functional characterization of the DOF4.1 transcription factor, deepening its involvement in the longevity of Arabidopsis seeds and establishing the relationship with the greater accumulation of SSP. The results of the work have confirmed that this transcription factor is a negative regulator of the longevity of seeds, insomuch as when the gene is overexpressed in the dof4.1 mutant the phenotype is reversed. On the other hand, we observed that the high levels of expression of genes coding for SSPs in the dof4.1 are maintained during the development of the seed. The mutant also has a greater amount of SSPs proteins in dry seed. Likewise, the results suggest that the greater tolerance of the mutant seeds to the aging may be due to the greater accumulation of SSP, which act as traps of ROS (reactive oxygen species), reducing the carbonylation of proteins essential for viability of the seed. Finally, it has been seen that the transcriptomic data of the mutant line correlate negatively with master regulators mutants of seed development such as LEC1, ABI3 and FUSCA3. This transcription factor can regulate, indirectly, the DOF4.1 gene. Therefore, this work has progressed the characterization of a transcription factor (DOF4.1) and it will allow us extend our knowledge about the regulation network of the development and maturation of Arabidopsis seeds. It has also confirmed its important role in the longevity of seeds.