Analise funcional do regulador de transcrição do tipo bZIP AtbZIP9 de Arabidopsis thaliana atraves da superexpressão de seus genes alvos
Amanda Bortolini Silveira
DISSERTAÇÃO
Português
(Broch.)
T/UNICAMP Si39a
[Fucntional characterization of the Arabidopsis thaliana bZIP transcription factor AtbZIP9 by overexpression of its target genes]
Campinas, SP : [s.n.], 2007.
99p. : il.
Orientador: Michel Georges Albert Vincentz
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia
Resumo: O crescimento e o desenvolvimento dos organismos são baseados na capacidade celular de expressão gênica diferencial que resulta, principalmente, do controle da taxa de iniciação da transcrição por fatores reguladores de transcrição (FTs). FTs do tipo Basic Leucine QQjJer(bZIP) fQram...
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Resumo: O crescimento e o desenvolvimento dos organismos são baseados na capacidade celular de expressão gênica diferencial que resulta, principalmente, do controle da taxa de iniciação da transcrição por fatores reguladores de transcrição (FTs). FTs do tipo Basic Leucine QQjJer(bZIP) fQram descritos em todos os eucariotos. Seu domínio conservado é constituído de uma região de ligação ao DNA rica em aminoácidos básicos, flanqueada a um zíper de leucinas responsável pela dimerização. Em angiospermas, os bZIPs são reguladores importantes de processos específicos como fotomorfogênese, desenvolvimento de órgãos, elongação celular, controle do balanço de carbono/nitrogênio, mecanismos de defesa, via de sinalização de hormônios e sacarose, controle osmótico e florescimento. Mostramos que os genomas de Arabidopsis thaliana e Orysa sativa
codificam para um conjunto completo e não redundante de 76 e 113 fatores bZIP respectivamente, que foram organizados em 11 grupos de proteínas evolutivamente relacionadas e 33 Possíveis Grupos de Genes Ortólogos (PoGO) de mono e eudicotiledôneas, o que deve permitir racionalizar o processo de caracterização funcional destes fatores em angiospermas. O Grupo C, que inclui genes homólogos ao lócus de regulação Opaco-2 (02) de milho, está organizado em três PoGOS, que possivelmente desempenham três funções ancestrais de angiospermas. Em Arabidopsis estas três
possíveis funções ancestrais estão representadas por quatro genes (bZIP' 02 !1omologous, Bzo2h), Bzo2h3/AtbZIP63 (PoGO C1), Bzo2h1/AtbZIP10 e Bzo2h4/ AtbZIP25 (PoGO C2) e Bzo2h2/AtbZIP9 (PoGO C3). Visando um melhor conhecimento sobre a evolução das funções dos fatores bZIP de angiospermas do Grupo C, iniciamos a caracterização funcional de~tes quatro reguladores, focando principalmente em AtbZIP9, um gene único representativo de uma função ancestral de angiospermas e cujo papel ainda é desconhecido. Notamos que a expressão de AtbZIP9 é restrita as células do floema e regulada por glicose, ácido abscísico e citocinina, sugerindo que este gene integra as vias de sinalização destes sinais metabólicos e hormonais no floema. Abordagens de genética reversa como RNAi, knockout e superexpressão não permitiram elucidar de maneira clara a atuação de AtbZIP9 no ciclo de vida de Arabidopsis, indicando que mecanismos de regulação pós-transcricional e/ou redundância genética atuam sobre
este gene. Visando dar continuidade e ampliar o estudo funcional de AtbZIP9, foram obtidas linhagens transgênicas de Arabidopsis expressando versões modificadas deste gene que codificam para proteínas ativadoras constitutivas fortes da transcrição. Estas novas versões de AtbZIP9 são teoricamente capazes de ativar de maneira constitutiva a expressão dos genes alvos de AtbZIP9, contornando assim, as dificuldades decorrentes
da análise de famílias gênicas que apresentam redundância funcional. Quando comparados a plantas selvagens, transformantes primários para ativadores constitutivos fortes apresentaram diversas alterações de morfologia foliar, além de mudanças metabólicas e fisiológicas como acúmulo de compostos fenólicos em folhas, sintomas de morte celular e senescência. A análise destes transformantes ainda sugere uma possível
participação de AtbZIP9 no controle do desenvolvimento do sistema vascular de raízes e folhas. Suspeitamos que as alterações de morfologia foliar e fisiologia observadas possivelmente representem conseqüências de mudanças nas propriedades funcionais de transporte do floema, decorrentes de defeitos no processo de diferenciação e organização das células do cilindro vascular Ver menos
codificam para um conjunto completo e não redundante de 76 e 113 fatores bZIP respectivamente, que foram organizados em 11 grupos de proteínas evolutivamente relacionadas e 33 Possíveis Grupos de Genes Ortólogos (PoGO) de mono e eudicotiledôneas, o que deve permitir racionalizar o processo de caracterização funcional destes fatores em angiospermas. O Grupo C, que inclui genes homólogos ao lócus de regulação Opaco-2 (02) de milho, está organizado em três PoGOS, que possivelmente desempenham três funções ancestrais de angiospermas. Em Arabidopsis estas três
possíveis funções ancestrais estão representadas por quatro genes (bZIP' 02 !1omologous, Bzo2h), Bzo2h3/AtbZIP63 (PoGO C1), Bzo2h1/AtbZIP10 e Bzo2h4/ AtbZIP25 (PoGO C2) e Bzo2h2/AtbZIP9 (PoGO C3). Visando um melhor conhecimento sobre a evolução das funções dos fatores bZIP de angiospermas do Grupo C, iniciamos a caracterização funcional de~tes quatro reguladores, focando principalmente em AtbZIP9, um gene único representativo de uma função ancestral de angiospermas e cujo papel ainda é desconhecido. Notamos que a expressão de AtbZIP9 é restrita as células do floema e regulada por glicose, ácido abscísico e citocinina, sugerindo que este gene integra as vias de sinalização destes sinais metabólicos e hormonais no floema. Abordagens de genética reversa como RNAi, knockout e superexpressão não permitiram elucidar de maneira clara a atuação de AtbZIP9 no ciclo de vida de Arabidopsis, indicando que mecanismos de regulação pós-transcricional e/ou redundância genética atuam sobre
este gene. Visando dar continuidade e ampliar o estudo funcional de AtbZIP9, foram obtidas linhagens transgênicas de Arabidopsis expressando versões modificadas deste gene que codificam para proteínas ativadoras constitutivas fortes da transcrição. Estas novas versões de AtbZIP9 são teoricamente capazes de ativar de maneira constitutiva a expressão dos genes alvos de AtbZIP9, contornando assim, as dificuldades decorrentes
da análise de famílias gênicas que apresentam redundância funcional. Quando comparados a plantas selvagens, transformantes primários para ativadores constitutivos fortes apresentaram diversas alterações de morfologia foliar, além de mudanças metabólicas e fisiológicas como acúmulo de compostos fenólicos em folhas, sintomas de morte celular e senescência. A análise destes transformantes ainda sugere uma possível
participação de AtbZIP9 no controle do desenvolvimento do sistema vascular de raízes e folhas. Suspeitamos que as alterações de morfologia foliar e fisiologia observadas possivelmente representem conseqüências de mudanças nas propriedades funcionais de transporte do floema, decorrentes de defeitos no processo de diferenciação e organização das células do cilindro vascular Ver menos
Abstract: Transcriptional regulatory factors (TFs) play an important role in controlling growth and development of ali organisms. bZIPs TFs have been described in ali eukaryotes and are characterized by a basic aminoacid rich DNA binding domain and a leucine zipper, responsible for dimerization....
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Abstract: Transcriptional regulatory factors (TFs) play an important role in controlling growth and development of ali organisms. bZIPs TFs have been described in ali eukaryotes and are characterized by a basic aminoacid rich DNA binding domain and a leucine zipper, responsible for dimerization. bZIPs have been reported to act in several different plantspecific processes such as organ development, cell elongation, defense mechanism,
hormones and sucrose signalization, light response, control of nitrogen/carbon balance, osmotic control and flowering. We showed that Arabidopsis thaliana and Orysa sativa genomes encode a complete and non-redundant set of 76 and 113 bZIP transcription factors, respectively, which were divided into 11 unique groups of homologous genes. More detailed phylogenetic analysis led to the identification of 33 Possible Groups of Monocot and Eudicot Orthologous Genes (PoGO), which allows rationalizing functional studies in angiosperms. Group C, which includes genes homologous to the maize
Opaque-2 locus, is formed by three PoGOs, suggesting that this group represents three ancestral functions among angiosperms. In Arabidopsis these three possible ancestral functions may be represented by the bZIP Qpaque-2. homologous genes (Bzo2h), Bzo2h3/AtbZIP63 (PoGO C1), Bzo2h1/AtbZIP10 and Bzo2h4/AtbZIP25 (PoGO C2) and Bzo2h2/AtbZIP9 (PoGO C3). To get insight into the evolution pattern and function of
Group C members, we have iniciated the functional characterization of the Bzo2h genes concentrating initially on AtbZIP9, a unique gene that represents an ancestral function and for which no functional informational is available. We showed that AtbZIP9 expression is restricted to phloem cells and regulated by glucose, abscisic acid and cytokinin, suggesting that this gene is an element of the signalization pathways of these metabolic
and hormonal signals in the phloem. Reverse genetic approaches such as RNAi, knockout and superexpression failed to reveal the biological function of AtbZIP9 in Arabidopsis life cycle and suggested that post-transcriptional regulation and/or functional redundancy may act on AtbZIP9. In order to improve our Rnowledge on AtbZIP9 function, Arabidopsis transgenic lines expressing constitutive transcriptional activator versions of AtbZIP9 were
obtained. Since such modified versions of AtbZIP9 are theoretically able to promote the superexpression of AtbZIP9 target genes, this strategy should be independent of functional redundancy. When compared to wild type plants, primary transformants for constitutive transcriptional activator versions of AtbZIP9 showed alterations of leaf morphology, as well as metabolic and physiologic modifications, such as phenolic compound accumulation in leaves, cell death and senescence symptoms. Analyses of this transformants also suggest that AtbZIP9 is possibly involved in the control of leaf and root
vascular system development. We suspect that the alteration of leaf morphology and physiology observed in primary transformants possibly reflects consequences of changes in phloem transport functional properties, due to defects in vascular cylinder cell differentiation and organization Ver menos
hormones and sucrose signalization, light response, control of nitrogen/carbon balance, osmotic control and flowering. We showed that Arabidopsis thaliana and Orysa sativa genomes encode a complete and non-redundant set of 76 and 113 bZIP transcription factors, respectively, which were divided into 11 unique groups of homologous genes. More detailed phylogenetic analysis led to the identification of 33 Possible Groups of Monocot and Eudicot Orthologous Genes (PoGO), which allows rationalizing functional studies in angiosperms. Group C, which includes genes homologous to the maize
Opaque-2 locus, is formed by three PoGOs, suggesting that this group represents three ancestral functions among angiosperms. In Arabidopsis these three possible ancestral functions may be represented by the bZIP Qpaque-2. homologous genes (Bzo2h), Bzo2h3/AtbZIP63 (PoGO C1), Bzo2h1/AtbZIP10 and Bzo2h4/AtbZIP25 (PoGO C2) and Bzo2h2/AtbZIP9 (PoGO C3). To get insight into the evolution pattern and function of
Group C members, we have iniciated the functional characterization of the Bzo2h genes concentrating initially on AtbZIP9, a unique gene that represents an ancestral function and for which no functional informational is available. We showed that AtbZIP9 expression is restricted to phloem cells and regulated by glucose, abscisic acid and cytokinin, suggesting that this gene is an element of the signalization pathways of these metabolic
and hormonal signals in the phloem. Reverse genetic approaches such as RNAi, knockout and superexpression failed to reveal the biological function of AtbZIP9 in Arabidopsis life cycle and suggested that post-transcriptional regulation and/or functional redundancy may act on AtbZIP9. In order to improve our Rnowledge on AtbZIP9 function, Arabidopsis transgenic lines expressing constitutive transcriptional activator versions of AtbZIP9 were
obtained. Since such modified versions of AtbZIP9 are theoretically able to promote the superexpression of AtbZIP9 target genes, this strategy should be independent of functional redundancy. When compared to wild type plants, primary transformants for constitutive transcriptional activator versions of AtbZIP9 showed alterations of leaf morphology, as well as metabolic and physiologic modifications, such as phenolic compound accumulation in leaves, cell death and senescence symptoms. Analyses of this transformants also suggest that AtbZIP9 is possibly involved in the control of leaf and root
vascular system development. We suspect that the alteration of leaf morphology and physiology observed in primary transformants possibly reflects consequences of changes in phloem transport functional properties, due to defects in vascular cylinder cell differentiation and organization Ver menos
Analise funcional do regulador de transcrição do tipo bZIP AtbZIP9 de Arabidopsis thaliana atraves da superexpressão de seus genes alvos
Amanda Bortolini Silveira
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