Comparativa de herramientas para la predicción de ARNs no codificantes largos y análisis de su expresión diferencial en plantas de melón sometidas a frío

Abstract

[ES] La respuesta de las plantas a las condiciones de estrés consiste en una compleja reprogramación de sus actividades transcripcionales, con el fin de reducir el impacto del estrés en su homeostasis fisiológica y celular. Entre los elementos reguladores de la respuesta a estrés destacan los ARNs no codificantes (ARNnc), que, pese a ser considerados inicialmente como material genético basura, en la actualidad se les atribuyen importantes papeles regulatorios de la expresión génica. Dentro de los ARNnc, aquellos con una longitud superior a 200 nucleótidos son clasificados como ARNs no codificantes largos (ARNncl) y, en comparación con animales, su estudio en plantas es aún incipiente. Por tanto, en el presente trabajo se ha realizado, en primer lugar, la evaluación de cinco programas de predicción de ARNncl (FEELnc, CPC2, CPAT, LncADeep, lncRNA_Mdeep) empleando cinco especies de plantas (Arabidopsis thaliana, Cucumis sativus, Oryza sativa, Zea mays y Solanum lycopersicum) en cada uno de ellos. Tanto CPC2 como FEELnc proporcionaron los mejores resultados, siendo CPC2 la herramienta más sensible y FEELnc la más precisa. En segundo lugar, se ha realizado un análisis de expresión diferencial de librerías de RNA-Seq de plantas de melón control y sometidas a frío. Para realizar este análisis se ha creado una anotación conjunta de transcritos codificantes y los ARNncl identificados por FEELnc. Con los resultados de este análisis se ha obtenido una lista de ARNncl y ARNs codificantes expresados diferencialmente sobre la que se ha realizado la búsqueda de potenciales ARNncl reguladores en cis de genes relacionados con la respuesta a estrés. Para ello se han localizado ambas clases de transcritos sobre el genoma y seleccionado aquellos que se encuentren a menos de 10 Kb. Entre los genes identificados, destacan los relacionados con el estrés oxidativo o la síntesis de calcio. En conclusión, este trabajo proporciona información relevante para el estudio de ARNncl en plantas, así como sobre el potencial papel regulatorio de ciertos ARNncl en la respuesta a estrés en melón.

[EN] The response of plants to stress conditions consists of a complex reprogramming of their transcriptional activities in order to reduce the impact of stress on their physiological and cellular homeostasis. Among the regulatory elements of the stress response, non-coding RNAs (ncRNAs) stand out, which, despite being initially considered as junk genetic material, are nowadays attributed to important regulatory roles in gene expression. Within ncRNAs, those with a length of more than 200 nucleotides are classified as long non-coding RNAs (lncRNAs) and, compared to animals, their study in plants is still incipient. Firstly, a benchmarking has been carried out in five lncRNA prediction programmes (FEELnc, CPC2, CPAT, LncADeep, lncRNA_Mdeep) using five plant species (Arabidopsis thaliana, Cucumis sativus, Oryza sativa, Zea mays, and Solanum lycopersicum) in each of them. Both CPC2 and FEELnc provided the best results, with CPC2 being the most sensitive tool and FEELnc the most specific. Secondly, a differential expression analysis of RNA-Seq libraries from control and cold stress melon plants was performed. To carry out this analysis was created a joint annotation of coding transcripts and ncRNAs identified by FEELnc. With the results of this analysis, a list of differentially expressed lncRNAs and coding RNAs was obtained, on which was carried out the search for potential cis-regulatory lncRNAs of genes related to the response to stress. Both classes of transcripts were located on the genome and selected those that are less than 10 Kb away. Among the identified genes, those related to oxidative stress or calcium synthesis stand out. In conclusion, this work provides relevant information for the study of lncRNAs in plants, as well as on the potential regulatory role of certain lncRNAs in the response to stress in melon.