Regulação epigenética do neogene Qua-Quine Starch durante o desenvolvimento de Arabidopsis thaliana e o impacto no metabolismo de amido

Autor(es)

Raphael Ricon de Oliveira

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2015-12-16

Membros da banca

Michel Georges Albert Vincentz; Juan Armando Casas Mollano; Marcio Alves Ferreira; Camila Caldana; Jörg Kobarg

• Orientador: Michel Georges Albert Vincentz

Resumo

Metilação do quinto carbono da citosina do DNA é uma marca epigenética que pode afetar a expressão gênica. A regulação de perfis de metilação é importante para o desenvolvimento normal das plantas sendo crítica para o silenciamento de transposons, imprinting, gametogênese e o desenvolvimento inicial do embrião. Entretanto, como metilações de sequências regulatórias em cis afetam a interação entre o DNA e fatores em trans associados ao desenvolvimento para modular a expressão gênica é ainda pouco compreendida. Qua-Quine Starch (QQS) é um gene órfão de Arabidopsis thaliana que existe sob diversas formas epialélicas estavelmente herdadas e com níveis de expressão correlacionados inversamente com os níveis de metilação em seu promotor e 5¿UTR. Por meio de análises da expressão do gene marcador GUS sob o controle da sequência do promotor e da região 5¿UTR de QQS em linhagens transgênicas de Arabidopsis, inferimos o potencial de expressão de QQS nos vários órgãos e várias fases do desenvolvimento. A atividade GUS foi detectada em meristemas, folhas jovens de roseta e no pólen onde uma reprogramação epigenética deste gene foi descrita. Epialelos contrastantes de QQS apresentaram expressão diferencial ao longo do desenvolvimento. O epialelo QQS metilado (QQSme) possui diferenças marcantes de expressão entre folhas, tecidos da inflorescência e fruto, enquanto o epialelo demetilado Col*3-2 apresenta uma expressão mais homogênea entre esses vários órgãos. Estes resultados indicam que o grau de metilação das sequências regulatórias de QQS interage com fatores associados ao desenvolvimento para estabelecer o perfil de expressão deste gene. A expressão de QQSme aumenta durante o processo de envelhecimento das folhas e foi correlacionada a uma demetilação no lócus. Levantamos a hipótese de que o perfil de metilação de QQSme poderia sofrer uma reprogramação durante o desenvolvimento das folhas a partir do meristema vegetativo. Tal reprogramação poderia ocorrer de maneira ativa, mediada pela DNA glicosilase ROS1, ou passiva, como consequência da ausência ou falha do mecanismo de manutenção do padrão de metilação durante ciclos de replicação celular. De acordo com isso, mostramos que expressão de QQSme é baixa em amostras enriquecidas com células meristemáticas e aumenta gradativamente com a idade das folhas e uma redução dos níveis de metilação de QQSme foi observada em folhas mais velhas. Em alguns órgãos foram encontradas variações nos níveis de expressão de QQS não correlacionadas a variações nos níveis de metilação. Assim, os resultados também mostram que além da metilação outros fatores trans associados ao desenvolvimento são necessários para modular a expressão de QQS. O processo de demetilação de QQSme em folhas velhas não é totalmente dependente de ROS1. Porém, os níveis e padrão de expressão de QQS em mutantes ros1 são diferentes de plantas wild-type e uma análise da expressão de QQS numa população F2 resultante da autofecundação de um híbrido entre wild-type e o mutante ros1-4 revelaram que ROS1 aparentemente regula a expressão global de QQS. Dessa forma, as metilações do DNA parecem atuar como sinalizadores de sítios de ligação para fatores trans e ROS1 pode ser importante para regular e/ou definir estados epialélicos de QQS. Além disso, durante o desenvolvimento reprodutivo a expressão de QQS é detectada no pólen e correlaciona com a demetilação ativa de seu lócus mediada por DEMETER reforçando o fato de que QQS é um alvo de DNA glicosilases. Durante o desenvolvimento vegetativo QQS é descrito como um regulador negativo do metabolismo de amido. De acordo com isso, verificamos que plantas carregando epialelos QQS contrastantes acumulam diferentes quantidades de amido (AU)

• Processo FAPESP: 11/06413-0 - Regulação epigenética do gene QQS (At3g30720) durante o desenvolvimento de Arabidopsis thaliana e em resposta a sinais abióticos
• Beneficiário: Raphael Ricon de Oliveira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado