NAC1 regula la expresión de las peptidasas CEP1-CEP3 que modulan el crecimiento de los pelos radicales en Arabidopsis thaliana

• Autores: Rodríguez García, Diana Rosa
• Año de publicación: 2023
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Estévez, José Manuel
• Materia: ARABIDOPSIS THALIANA; CISTEINA ENDOPEPTIDASAS (CEPS); EXTENSINAS; NAC1; PARED CELULAR; PELOS RADICALES; ARABIDOPSIS THALIANA; CYSTEINE ENDOPEPTIDASE (CEPS); EXTENSINS; NAC1; CELL WALL; ROOT HAIRS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los pelos radicales (PR) son estructuras unicelulares con crecimiento polarizado capaces de incrementar varias veces su tamaño original favoreciendo la absorción de agua y nutrientes del suelo. Para que la célula vegetal pueda crecer es necesario que ocurran modificaciones estructurales en la pared celular. Entre las proteínas que componen la pared están las extensinas (EXTs), las cuales juegan un papel clave en el crecimiento polar del pelo radical. Las plantas codifican un grupo único de cisteína endopeptidasas (CysEP o CEP) de tipo papaína capaces de procesar las EXTs. Dado que las CEPs pueden escindir EXT y proteínas relacionadas con EXT, actuando como agentes debilitadores de la pared celular, éstas podrían influir en el proceso de elongación celular. El genoma de Arabidopsis thaliana codifica tres CEPs (AtCPE1-AtCEP3). En este trabajo se observó que AtCEP1-AtCEP3 se expresan en los PR. Dobles mutantes insercionales de CEPs, cep1-3cep3-2 y cep1-3cep2-2 presentaron PR más largos que las plantas de tipo salvaje (Wt), lo que sugiere que la expresión de AtCEPs en los tricoblastos modula negativamente el crecimiento polar de los PR. Mediante ensayos de inmunoprecipitación de cromatina (ChIP) se observó que el factor de transcripción NAC1 se une al promotor de AtCEP1, AtCEP2 y, en menor medida, a AtCEP3 y puede regular directamente su expresión. A su vez, la sobreexpresión de NAC1 aumenta los niveles de transcripción de AtCEP1 y AtCEP2 en las raíces, mientras que la pérdida de función de la mutación nac1-2 reduce la expresión de los genes AtCEP1-AtCEP3 y aumenta el crecimiento de los PR. En correspondencia con esto, la expresión de la construcción represora NAC1-SRDX conduce a una mayor longitud de PR. Finalmente, mostramos que las paredes celulares de los PR en el doble mutante cep1-3cep3-2 tienen niveles reducidos de EXT, lo que sugiere que los defectos en el alargamiento del pelo radical están relacionados con alteraciones en el procesamiento y la acumulación de EXT. En conjunto, nuestros resultados respaldan la participación de AtCEPs en el control del crecimiento polar de los PR a través del procesamiento EXT y la insolubilización en la pared celular.
Root hairs (RH) are single cells with polarized growth that increase several times their original size, thus allowing the absorption of water and nutrients from the soil. In order for the plant cell to grow, structural modifications in the cell wall are necessary. Among the proteins that make up the wall are extensins (EXTs), which play a key role in the polar growth of the root hair. Plant genomes encode a unique group of papain-type Cysteine EndoPeptidases (CysEPs or CEPs) capable of processing EXTs. Since CEPs are able to cleave EXTs and EXT-related proteins, acting as cell wall-weakening agents, they may play a role in cell elongation. Arabidopsis thaliana genome encodes three CEPs (AtCPE1-AtCEP3). Here we report that AtCEP1-AtCEP3 are expressed in RH cell files. Double mutants cep1-3cep3-2 and cep1-3cep2-2 have longer RH than wild type (Wt) plants, suggesting that expression of AtCEPs in root trichoblasts restrains polar elongation of the RH. We provide evidence that the transcription factor NAC1 activates AtCEPs expression in roots to limit RH growth. Chromatin immunoprecipitation indicates that NAC1 binds the promoter of AtCEP1, AtCEP2, and to a lower extent to AtCEP3 and may directly regulate their expression. Indeed, NAC1 overexpression increases AtCEP1 and AtCEP2 transcript levels in roots while the loss of function nac1-2 mutation reduces AtCEP1-AtCEP3 gene expression and enhances RH growth. Likewise, expression of a dominant chimeric NAC1-SRDX repressor construct leads to increased RH length. Finally, we show that RH cell walls in the cep1-3cep3-2 double mutant have reduced levels of EXT deposition, suggesting that the defects in RH elongation are linked to alterations in EXT processing and accumulation. Taken together, our results support the involvement of AtCEPs in controlling RH polar growth through EXT-processing and insolubilization at the cell wall.
Fil: Rodríguez García, Diana Rosa. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.