Rol de la vía RdDM en la expresión de los efectos transgeneracionales de temperatura en semillas de Arabidopsis thaliana

• Autores: Fontana, María Clara
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Auge, Gabriela Alejandra
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las plantas son capaces de percibir y responder a los cambios ambientales que ocurren durante sus ciclos de vida y los de generaciones anteriores, desarrollando estrategias para adaptarse a ellos y aumentar el éxito de supervivencia de la progenie. Entender estas respuestas transgeneracionales y sus mecanismos subyacentes es clave para comprender el ajuste de los ciclos de vida al cambio climático. En Arabidopsis thaliana, la vernalización, periodo de frío prolongado que indica el paso del invierno, afecta el tiempo a floración de las plantas madre y la germinación de las semillas de la progenie. Ambas transiciones del desarrollo, están bajo fuerte presión de selección y sufren una fina regulación ya que son clave para el ajuste de los estadíos de crecimiento de las plantas a las condiciones óptimas que aseguren la supervivencia de las mismas. De esta manera, los efectos transgeneracionales pueden afectar procesos ecológicos y evolutivos. En Arabidopsis, la regulación transgeneracional de la plasticidad fenotípica tiene un componente epigenético: la respuesta a cambios de temperatura fue asociada con la función de genes de síntesis de ARN pequeños y con los cambios en la frecuencia de metilación del ADN heredados por la progenie, sugiriendo que la vía de metilación de ADN mediada por RNA (RdDM) cumpliría el rol de transmitir información ambiental a través de las generaciones. Para entender el proceso mediante el cual cambios estacionales experimentados por las plantas son transmitidos a la progenie, caracterizamos la respuesta a la vernalización explorando la influencia del ambiente sobre caracteres clave del ciclo de vida de la planta madre (tiempo a floración y producción de biomasa reproductiva) y la progenie (características de las semillas, dormición, germinación y desarrollo de plántula), y las correlacionamos con la respuesta de mutantes del mecanismo RdDM. Observamos que la vernalización de la planta madre afectó el tiempo a floración en la misma generación y equilibró la respuesta de los mutantes de la vía RdDM. La producción total de biomasa reproductiva, el tamaño de las semillas y el desarrollo de las plántulas se vieron afectados por el ambiente de la planta madre, y algunos mutantes de la vía RdDM mediaron este efecto. Además, la germinación y dormición de la progenie se vieron afectadas por el ambiente materno, y los mutantes de la vía RdDM mostraron tener una influencia en la expresión de la plasticidad transgeneracional. Nuestros resultados muestran que el ambiente experimentado por las plantas madre tiene una fuerte influencia en la expresión de fenotipos en la misma generación y al menos una generación subsiguiente, afectando no sólo la regulación de las transiciones del desarrollo, sino también componentes del fitness de los individuos. Estos efectos están al menos en parte mediados por un mecanismo de regulación epigenética (mecanismo RdDM), mostrando una compleja interacción entre el ambiente experimentado por diferentes generaciones, los programas de desarrollo de las mismas y la memoria epigenética.
Plants are able to sense environmental changes happening throughout their life cycles and those experienced by previous generations, developing strategies to adapt to those changes to increase their progeny’s survival. The molecular mechanisms that underlie those transgenerational adaptive responses are just beginning to be unveiled. Understanding these responses may be key to assess the adjustment of life cycles to climate change in dynamical plant communities. In Arabidopsis thaliana, vernalization, a period of cold that signals winter, affects flowering time of mother plants and germination of their progeny. Both developmental transitions are under strong selective pressure and are finely regulated as they are key to plants to adjust their life cycles to environmental conditions that are optimal for survival. Thus, transgenerational effects have the potential to influence ecological and evolutionary processes. In Arabidopsis, transgenerational regulation of phenotypic plasticity involves an epigenetic component: transgenerational responses to temperature changes have been associated with the function of small RNA synthesis genes and with DNA methylation frequency changes inherited by the progeny, suggesting a role for the RNA-directed DNA methylation pathway (RdDM) in passing environmental information across generations. To understand the process by which non-stressing seasonal environmental changes experienced by previous generations are passed to the progeny, we characterized responses to maternal vernalization across generations by exploring environmental influence on key traits of the maternal life cycle (bolting time and reproductive biomass production) and of the progeny (seeds traits, dormancy, germination and seedling development), and correlated those responses with the RdDM pathway by using pathway mutants. Maternal vernalization affected bolting time within-generation and balanced RdDM mutants response. Total reproductive biomass production, seed size and seedling development were affected by environmental cues experienced by mother plants, and some RdDM mutants mediated this effect. Furthermore, progeny germination and dormancy were affected by the maternal environment as well and RdDM mutants influenced transgenerational plasticity. Our results show that environmental cues experienced by plants have a strong influence in phenotypic expression of both, current and subsequent generations. These effects are at least in part mediated by an epigenetic mechanism (RdDM), showing a complex interaction between environments experienced by different generations, their developing programs and epigenetic memory.
Fil: Fontana, María Clara. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.