Análisis transcriptómico del impacto del estrés térmico en la andromecia de la berenjena

Abstract

[ES] La andromonoecia es un sistema sexual en el que una misma planta produce tanto flores hermafroditas como flores en las que sólo la parte masculina es funcional, ya que la femenina o está ausente o es estéril. La berenjena es una especie andromonoica en la que las flores con estilo corto (SSF, short styled flowers) rara vez dan fruto. Esto se debe a que la parte femenina no es funcional, bien sea porque la longitud del estilo no permite la polinización o porque la fertilización está impedida. Este carácter se presenta de manera variable, dependiendo del genotipo, pero, se ha observado que bajo estrés térmico, el porcentaje de SSF aumenta en todos los genotipos. Con el objetivo de determinar qué genes regulan la interacción entre la reproducción y la respuesta al estrés térmico en la berenjena, se realizó un RNA-seq de pistilos de berenjenas Micromel desarrolladas en condiciones de control/estrés térmico. Se analizaron los datos de secuenciación procesando las secuencias crudas con Fastq-mcf, mapeando con HISAT2, cuantificando con Stringtie, analizando la expresión diferencial con Ballgown y Deseq2 y finalmente realizando el análisis de enriquecimiento de términos GO con TopGO. Se determinó que a medida que avanza el estadio de desarrollo de la planta, las diferencias de expresión entre las muestras sometidas a estrés térmico y las de control son cada vez más pronunciadas. El análisis de enriquecimiento de términos GO reveló que la berenjena activa la maquinaria encargada del plegamiento de proteínas desestabilizadas por el estrés térmico. Se encontraron sobreexpresados genes de las familias Hsp40, Hsp70 y Hsp90. Paralelamente, también se observó cómo el estrés térmico induce genes implicados en la reparación y señalización del daño al DNA, llegando a la detención del ciclo celular que podría ser el causante de subdesarrollo del pistilo y el estilo. También se encontró que la función reproductora no está favorecida bajo estrés térmico, tal y como muestra la represión de un gen implicado en la floración temprana y la subregulación de XRI1, una proteína esencial en la protección frente a daños del DNA que también es importante para desarrollo de gametos durante la meiosis femenina. Finalmente, la regulación a la baja de los términos GO relacionados con el metabolismo sugiere una reorganización del flujo metabólico que favorece la supervivencia y la resistencia al estrés en detrimento del crecimiento y la reproducción.

[EN] Andromonoecy is a sexual system in which a single plant produces both hermaphroditic flowers and flowers where only the male part is functional, as the female part is either absent or sterile. The eggplant is an andromonoecious species in which the short-styled flowers (SSF) rarely bear fruit. This is because the female part is not functional, either due to the style length not allowing for pollination or because fertilization is impeded. This trait varies depending on the genotype, but it has been observed that under heat stress, the percentage of SSF increases in all genotypes. In order to determine which genes regulate the interaction between reproduction and heat stress response in eggplant, we performed RNA-seq of pistils from Micromel eggplants developed under control/heat stress conditions and analyzed the sequencing data by processing the raw sequences with Fastq-mcf, mapping with HISAT2, quantifying with Stringtie, analyzing differential expression with Ballgown and Deseq2 and finally performing GO term enrichment analysis with TopGO. It was found that as the developmental stage of the plant progresses, the differences in expression between heat-stressed and control samples become more pronounced. The GO term enrichment analysis revealed that the eggplant activates the machinery responsible for folding proteins destabilized by thermal stress. Overexpressed genes from the Hsp40, Hsp70, and Hsp90 families were found. Simultaneously, it was also observed how thermal stress induces the activation of genes involved in DNA damage repair and signaling, leading to the arrest of the cell cycle, which could cause the underdevelopment of the pistil and style. Additionally, it was found that reproductive function is not favored under thermal heat, as evidenced by the repression of a gene involved in early flowering and the downregulation of XRI1, an essential protein in DNA damage protection that is also important for gamete development during female meiosis. Finally, the downregulation of GO terms related to metabolism suggests a reorganization of metabolic flow that favors survival and stress resistance at the expense of growth and reproduction.