Caracterización funcional de genes involucrados en la germinación mediada por luz y temperatura en semillas de Arabidopsis thaliana

Abstract

La luz y las temperaturas alternadas son dos señales que promueven la salida de la dormición en las semillas de muchas especies. La germinación depende además de los cambios que se producen en los niveles hormonales, como las giberelinas y el ABA que promueven e inhiben el proceso, respectivamente. Si bien existen muchos niveles de regulación génica modulados por los fotorreceptores, no hay información disponible sobre la regulación a nivel de splicing del ARN mensajero por luz, aunque existen evidencias de su importancia en la regulación de varios procesos fisiológicos. En este trabajo caracterizamos el perfil transcripcional y post-transcripcional de semillas Col-0 irradiadas con luz R o RL y demostramos que el splicing alternativo es un mecanismo de control relevante que confiere un nivel adicional de regulación génica. Mediante aproximaciones fisiológicas y moleculares demostramos que el gen ATHB2 es un regulador negativo de la germinación promovida por el fitocromo B (phyB) que ejerce su función en la vía de señalización del ABA. Además, evaluamos el rol de auxinas en la promoción de la germinación por luz y demostramos la importancia de los procesos de transporte que involucra a las proteínas PIN. Semillas de muchas especies necesitan temperaturas alternadas antes del estímulo de luz para germinar. Demostramos que la germinación de semillas de Arabidopsis thaliana embebidas a ciclos cortos de temperaturas alternadas y luego a un pulso de luz R es mediada por phyB y requiere de la presencia de alelos funcionales PRR7 y TOC1. Adicionalmente, los ciclos diarios de temperatura en oscuridad reducen los niveles de DOG1, permitiendo que la expresión de TOC1 promueva la germinación. Nuestros resultados ponen de relevancia el rol de algunos componentes del reloj circadiano relacionados con la acción de DOG1 en el control de la germinación por luz y temperaturas alternadas.

Light and alternating temperatures are two signals promoting the relief of seed dormancy in many species. The promotion of seed germination also depends on the changes that occur in hormone levels, with GA promoting and ABA inhibiting germination. Even though there are many levels of gene regulation modulated by photoreceptors, there is no information available at the splicing level of the mRNA by light, although there is evidence of its importance in the regulation of several physiological processes. In this work, we analyze transcriptional and posttranscriptional changes of Col-0 seeds irradiated with R or FR light and we demonstrate that alternative splicing is a relevant mechanism that confers an additional level of gene regulation. By using physiological and molecular approaches, we show that ATHB2 is a negative regulator of phyB-dependent seed germination, exerting its function on the ABA signaling pathway. In addition, we evaluated the role of auxins in the promotion of light germination and demonstrate the importance of the auxin transport involving PIN proteins. Seeds of many species need alternating temperatures before light irradiation to germinate. We show that the germination of Arabidopsis thaliana seeds imbibed under short cycles of alternating temperatures followed by a R pulse is mediated by phytochrome B and requires the presence of functional PRR7 and TOC1 alleles. In addition, daily cycles of alternating temperatures in darkness reduce the protein levels of DOG1, allowing the expression of TOC1 to induce seed germination. Our results highlight the role of some components of the circadian clock related to the action of DOG1 in the control of germination by light and alternating temperatures.