Caracterización funcional de los elementos en cis involucrados en la regulación traduccional de la maduración del fruto

Abstract

[ES] El etileno es la hormona vegetal clave que promueve la maduración, senescencia y ablandamiento de los cultivos hortícolas y es uno de los principales determinantes de la calidad y vida útil de las frutas y hortalizas. Una mejor comprensión de cómo el etileno regula la maduración de los frutos podría tener aplicaciones directas en la reducción de su deterioro. Durante las últimas décadas, los cambios de expresión genética durante la maduración del fruto han sido estudiados a nivel transcripcional, pero los cambios asociados con la maduración en la eficiencia de la traducción se mantienen inexplorados. Nuestros datos preliminares sugieren que un subconjunto de transcritos muestra cambios asociados con la maduración en su eficiencia traduccional. Para identificar transcritos regulados a nivel traduccional durante la maduración del fruto, usamos la tecnología Ribo-seq que permite monitorear la traducción a escala de genoma completo con una resolución de un solo codón. En presencia de etileno, los 3’UTR de los transcritos de los genes EBFs en Arabidopsis han sido identificados como elementos reguladores en cis suficientes para la inhibición traduccional de la expresión genética. En este estudio, se explorarán los mecanismos moleculares responsables para la regulación de la traducción conferidos por el 3’UTR de los genes EBFs en respuesta a etileno y, por tanto, durante la maduración del fruto. En primer lugar, se llevará a cabo un enfoque filogenético imparcial para estudiar las regiones conservadas presentes en el 3’UTR de los genes EBFs en el reino vegetal, en especies de Solanáceas y en accesiones de tomate. En segundo lugar, usando algoritmos de predicción, se modelarán las estructuras secundarias adoptadas por el 3’UTR para buscar estructuras conservadas. Los resultados de este estudio nos permitirán optimizar el empleo de módulos reguladores de la traducción, los cuales son una herramienta prometedora en las áreas de la biotecnología vegetal y de la biología sintética con potenciales aplicaciones directas en nuestros sistemas agrícolas.

[EN] Ethylene is the key plant hormone that promotes ripening, senescence, and softening of harvested horticultural crops and is a major determinant of fruit and vegetable quality and shelf-life. A better understanding of how ethylene regulates fruit ripening could result in direct applications to reduce spoilage. Over the last decades, gene expression changes during fruit ripening have been extensively studied at the transcriptional level, but ripening-associated shifts in the efficiency of translation remain uncharted. Our preliminary data suggest that a subset of transcripts displays ripening-associated changes in their translational efficiencies. To identify transcripts regulated at the translational level during fruit ripening, we are using the Ribo-seq technology which can monitor translation at the whole-genome scale with single-codon resolution.

In the presence of ethylene, the Arabidopsis 3’UTR of the EBFs transcripts have been identified as cisregulatory elements sufficient for the translational inhibition of gene expression. In this study, the molecular mechanisms responsible for the translation regulation conferred by the 3’UTR of the EBFs in response to ethylene and thus, during fruit ripening will be explored. First, an unbiased phylogenetic approach will be taken to study the conserved features present in the 3’UTRs of the EBFs across the plant kingdom, Solanaceae species, and tomato accessions. Second, using prediction algorithms, the secondary structures of the 3’UTRs will be modelled to look for conserved structures. The results from this study will enable us to optimize the employment of translation regulatory modules which is a promising tool in plant biotechnology and synthetic biology areas with potential direct applications in our agricultural systems.