Fotocontrol de la expresión de genes del complejo antena en plantas

• Autores: Cerdán, Pablo Diego
• Año de publicación: 1999
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Staneloni, Roberto J.; Casal, Jorge José
• Materia: FITOCROMO; CRIPTOCROMO; LHCB; CAB; LUZ; ARABIDOPSIS; TABACO; PHYTOCHROME; CRYPTOCHROME; LHCB; CAB; LIGHT; TRANSCRIPTION; ARABIDOPSIS; TOBACCO
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El objeto de estudio del presente trabajo es la regulación de la expresión de genes por la luz en plantas. Dos familias de fotorreceptores ya han sido identificadas, los fitocromos que absorben en la región del rojo y rojo lejano del espectro, y los criptocromos que absorben en la región del UV-A-azul. En Arabidopsis thaliana han sido caracterizados cinco fitocromos (phyA, phyB, phyC, phyD yphyE) y dos criptocromos (cry1 y cry2). Me he centrado en la regulación transcripcional del gen Lhcbl*2 como sistema modelo. Deleciones del promotor Lhcbl*2 fueron fusionadas a un gen reportero y empleadas para transformar plantas de tabaco y Arabidopsis vía Agrobacteriumtumefaciens. La T1 fue utilizada en experimentos fisiológicos y se determinó que al menos cuatrofotorreceptores, phyA, phyB, cryl y al menos otro criptocromo están involucrados en la regulacióndel gen Lhcbl *2. Es sabido que los fitocromos operan fisiológicamente en tres modos de acción quedifieren en los requerimientos de flujo, duración y calidad de luz: el modo VLFR ("very low fluenceresponse"), LFR ("low fluence response") y HIR ("high irradiance response"). Las bases moleculares para esta diferencia no se conocen. phyA es responsable de la VLFR y HIR, mientras que phyB lo espor la LFR. Se ha demostrado que los niveles de ARNm de los genes Lhcb l es regulado por los tres modos de acción de los fitocromos. Como los genes Lhcb l comprenden una familia extensa, este resultado podría ser el resultado de muchos genes siendo regulados de forma diferente. En este trabajo demuestro que los tres modos de acción de los fitocromos pueden regular la expresión de un único gen, el Lhcbl*2. Inclusive, 146 bp de este promotor son suficientes para responder a los tres modos de acción mencionados. Usando plantas transgénicas de Arabidopsis thaliana deficientes en phyA o phyB he observado que ambos fotorreceptores están involucrados en la regulación de laexpresión del gen Lhcbl*2 y que simultaneamente existen interacciones sinérgicas y antagónicasentre ambos fotorreceptores en la regulación de la expresión del gen mencionado. La interaccióndepende del modo de acción de phyA (VLFR es antagónica, mientras que la HIR es más sinérgica),mientras que phyB por si solo no puede mostrar el mismo nivel de interacción. Finalmente el análisisde un mayor número de deleciones del promotor Lhcbl*2 indica que diferentes elementos que actuanen cis pueden estar involucrados en la HIR (phyA) comparado con la LFR (phyB) y VLFR (phyA). En conjunto, estos datos sugieren fuertemente que los fitocromos A y B controlan la expresión de un único promotor por vías diferentes. En este momento la cadena de transducción de la señal percibida por los fitocromos es desconocida. Inclusive si alguno de los elementos centrales de esta cadena son caracterizados en un futuro cercano, todavía habrá que hacer un considerable esfuerzo para poder entender como estos y otros factores interaccionan bajo diferentes condiciones permitiendo a las plantas responder con precisión a los factores ambientales.
The subject of the present work is the regulation of gene expression by light in plants. Two major families of plant photoreceptor genes have already been identified. The red and far redabsorbing pigments called phytochromes and the blue/UVA-absorbing cryptochromes. In Arabidopsisthaliana, five phytochrome family members (phyA, phyB, phyC, phyD and phyE) and two cryptochromes (cry1 and cry2) have been described. I have focused on transcriptional regulation ofthe tobacco Lhcbl*2 gene as a model system. I have obtained deletion derivatives of the Lhcbl*2promoter, fused to a reporter gene, and introduced them both in tobacco and Arabidopsis, using Agrobacterium lumefaciens-mediated transformation. I have used T1 transgenic plants forphysiological experiments and have found that at least four photoreceptors, phyA, phyB, cryl and another cryptochrome are involved in the regulation of the Lhcbl*2 gene. It is known that phytochromes operate in three different physiological modes of action that differ in fluence, duration and wavelength requirements. The very low fluence response (VLFR) mode, the low fluence response (LFR) mode and the high irradiance response (HIR) mode. The molecular basis of this heterogeneityis not known. phyA is responsible for VLFR and HIR, and phyB for LFR. The mRNA level of Lhcb lgenes has been shown to be regulated by the three phytochrome action modes. As Lhcbl gene scomprise an extended family this fact could be the result of several genes being regulated differently. I report here that the three phytochrome action modes can operate in the regulation of the transcription of a single Lhcbl gene. Further-more, 146 bp fragment of the Lhcbl*2 gene promoter is sufficient to show the three phytochrome action modes. Using transgenic Arabidopsis mutants lackingphyA or phyB I have observed that both photoreceptors are involved in the regulation of transcriptional activity of the Lhcbl*2 gene and that there exist synergistic and antagonistic interactions between phyA and phyB in the control of Lhcbl *2 gene expression. The signal of thisinteraction depends on the mode of action of phyA (the VLFR mode is antagonistic whereas the HIRmode is synergistic) and phyB itself is unable to show at least the same degree of interaction. Finally, the continued deletion analysis of the tobacco Lhcbl*2 promoter, indicates that different cis-actingelements could be involved in HIR (phyA) compared to LFR (phyB) and VLFR (phyA). Taken together, these data strongly suggest that phytochromes A and B have differences in signal transduction chains controlling the activity of a gene promoter. At this stage the phytochrome signal transduction remains obscure. Even if some central players of the signal transduction were unraveled in the near future, considerable more effort will beneeded to understand the degree to which both phyA and phyB (or their derived signals) interact with these players under different conditions allowing the fine tuning to the light environment observed in plants.
Fil: Cerdán, Pablo Diego. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.