Dinámica citoplasmática de mRNAs como mecanismo de regulación post-transcripcional de la expresión génica durante la simbiosis fijadora de nitrógeno

Abstract

La disponibilidad de nitrógeno es uno de los factores más importantes que limita el crecimiento y desarrollo de las plantas. La interacción simbiótica entre leguminosas y bacterias del suelo fijadoras de nitrógeno pertenecientes a la familia Rhizobiaceae resulta en la formación de un nuevo órgano, denominado nódulo, donde la bacteria fija el nitrógeno atmosférico (FBN) a formas reducidas que pueden ser incorporadas al metabolismo de la planta. El establecimiento de la simbiosis requiere una reprogramación de la expresión génica de las células de la raíz que involucra cambios a nivel transcripcional y postranscripcional. Dentro de estos últimos se encuentra la distribución dinámica de los mRNAs en distintos complejos ribonucleoproteicos (RNPs) citoplasmáticos, principalmente los polisomas, los cuerpos de procesamiento (P-bodies o PBs) y los gránulos de estrés (Stress Granules o SGs). En esta tesis doctoral se desarrolló una técnica de purificación de complejos RNPs en la planta leguminosa M. truncatula, que permita caracterizar el movimiento de RNAs entre los diferentes complejos RNP citoplasmáticos durante la simbiosis. La expresión de las proteínas DCP1 y RBP47 fusionadas al tag FLAG permitió co-inmunopurificar el RNA asociado a PBs y SGs, respectivamente. La cuantificación de mRNAs de genes involucrados en la vía de señalización del Nod Factor (NF) mostró que existe una regulación postranscripcional de los genes de la vía del NF en M. truncatula que depende de la movilización dinámica de RNAs entre los polisomas, los SGs y los PBs. Por otra parte, la expresión de las fusiones RBP47-RFP y DCP1-YFP permitieron visualizar la dinámica y colocalización de los RNPs in vivo en tejido foliar de N. benthamiana y de raíces de M. truncatula. En el segundo capítulo, se analizaron las características de los mRNAs que presentaban un cambio en la eficiencia traduccional en respuesta a la inoculación con rizobios. La longitud de los mRNAs, el contenido GC, y la estructura secundaria, tanto de sus secuencias no traducidas como de las codificantes, están correlacionadas con la eficiencia traduccional, sugiriendo que estos parámetros influyen en la asociación de los transcriptos a los polisomas en el contexto de la reprogramación génica y la modulación de su traducción durante la simbiosis. En el tercer capítulo, se muestra que las redes transcripcionales que operan en la simbiosis son diferentes a las que participan en la selección de aquellas cepas más eficientes en la simbiosis. Estas diferencias involucran elementos de regulación que actúan tanto a nivel transcripcional como postranscripcional. Los resultados obtenidos en este trabajo de tesis han arrojado luz sobre la dinámica citoplasmática de los mRNAs y han permitido caracterizar los elementos regulatorios del DNA y del RNA asociados a la simbiosis fijadora de nitrógeno, sentando las bases para futuros proyectos de investigación y desarrollo que permitan optimizar la fijación de nitrógeno en leguminosas de interés agronómico.