Tesis:
Caracterización funcional de la subunidad EAF6 del complejo NuA4 en la regulación del tiempo de floración en Arabidopsis thaliana
- Autor: ESPINOSA CORES, María Loreto
- Título: Caracterización funcional de la subunidad EAF6 del complejo NuA4 en la regulación del tiempo de floración en Arabidopsis thaliana
- Fecha: 2022
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS
- Departamentos: BIOTECNOLOGIA-BIOLOGIA VEGETAL
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/70305/
- Director/a 1º: PIÑEIRO GALVÍN, Manuel Ángel
- Director/a 2º: JARILLO QUIROGA, José Antonio
- Resumen: Las plantas, como organismos sésiles, han desarrollado mecanismos complejos de adaptación que les permiten responder a las condiciones cambiantes del medio que les rodea, modulando su desarrollo para maximizar el éxito reproductivo y la supervivencia. A lo largo de su desarrollo las plantas atraviesan diferentes fases, y el momento en que tiene lugar el paso de la etapa de crecimiento vegetativo al reproductivo, o transición floral, es crucial en el ciclo vital de estas, ya que de él depende su capacidad de transferir los genes a la siguiente generación. Por ello, el tiempo de floración se encuentra muy finamente regulado. La remodelación de la cromatina desempeña un papel clave en el establecimiento y mantenimiento de los patrones espacio–temporales de expresión génica que regulan las transiciones de fase del desarrollo vegetal, y particularmente en el control de la expresión de genes maestros de la transición floral. Las modificaciones post-traduccionales de las histonas, incluida la acetilación, se encuentran entre los mecanismos de remodelación de la cromatina más relevantes que operan en las células eucariotas. La acetilación de residuos de lisina en las histonas está muy conservada evolutivamente y está implicada en multitud de procesos celulares y de desarrollo. Por ello, los niveles de acetilación de las histonas son finamente modulados por la acción antagónica de las acetiltransferasas (HATs) y las deacetilasas de histonas. En plantas se han descrito diferentes familias de HATs entre las que se encuentra la familia MYST, que comprende homólogos de la subunidad catalítica del complejo NuA4 (NuA4-C) de levaduras. Este complejo remodelador de la cromatina media la acetilación de los extremos amino terminales de las histonas H4, H2A y H2A.Z, y está implicado en procesos de transcripción y reparación del DNA, silenciamiento génico, progresión del ciclo celular y estabilidad de los cromosomas. La existencia y composición de un posible NuA4-C en plantas sigue siendo aún una cuestión sin resolver. En plantas se han identificado homólogos para casi todas las subunidades de NuA4-C de levaduras, incluida la subunidad catalítica, lo que sugiere que este complejo también podría estar presente en organismos vegetales. Sin embargo, el conocimiento sobre la función del posible NuA4-C de plantas es muy limitado. En los últimos años el estudio de mutantes de Arabidopsis deficientes en subunidades de este complejo ha comenzado a revelar funciones para estos homólogos en varios procesos biológicos como el inicio de la floración, el desarrollo de los gametofitos, la proliferación celular, el estrés, el crecimiento y las respuestas hormonales entre otros. A lo largo de esta Tesis Doctoral se ha profundizado en la caracterización funcional del posible NuA4-C de Arabidopsis y su implicación en el control de la transición floral y otros procesos de desarrollo de plantas. Para ello nos hemos centrado en la caracterización genética, molecular y funcional de la subunidad EAF6 de Arabidopsis. No se conoce la función que desempeña a nivel bioquímico esta proteína en ningún organismo eucariótico, mientras que en plantas no se había abordado su caracterización hasta el momento. Las aproximaciones experimentales que hemos llevado a cabo en este trabajo nos han permitido desvelar que la proteína EAF6 de Arabidopsis interviene en el control de diferentes procesos de desarrollo, entre los que destaca un papel crucial en la inducción de la floración en condiciones de fotoperiodo no inductivas y en una correcta respuesta de floración a cambios en la temperatura ambiental. Los análisis transcriptómicos realizados han revelado que EAF6 juega un papel central en el control de la expresión génica a nivel global, y está implicado en la regulación de genes que participan en la modulación del tiempo de floración tales como FLC, MAF4, MAF5 y AGL19, que podrían mediar el efecto de esta posible subunidad de NuA4-C sobre el inicio de la transición floral en Arabidopsis. Además, los análisis de inmunoprecipitación de cromatina que hemos llevado a cabo confirman que esta regulación podría tener lugar a través de procesos de regulación epigenética, ya que los mutantes eaf6 muestran alteraciones en los niveles de la marca represora H3K27me3 en determinados genes de floración. Por otro lado, nuestros resultados muestran que EAF6 está también implicado en otros procesos de desarrollo vegetal tales como el crecimiento de la planta y las hojas, la biogénesis de cloroplastos, y podría participar en el desarrollo del polen. Además, los resultados obtenidos en aproximaciones genéticas y bioquímicas llevadas a cabo en este trabajo indican que el complejo Piccolo-NuA4 de levaduras puede estar conservado en plantas. Este submódulo de NuA4-C está constituido por las subunidades Esa1, Epl1, Yng2 y Eaf6, y es responsable de la acetilación inespecífica de la cromatina y de la interacción de NuA4-C con los nucleosomas. En este trabajo hemos demostrado que EAF6 interacciona físicamente con las proteínas EPL1A/B e ING2, y el gen que codifica esta proteína interacciona genéticamente con los loci HAM1, EPL1B e ING1/2 en el control de diferentes aspectos del desarrollo, incluida la transición floral. En conjunto, todos estos resultados apoyan el papel de un posible NuA4-C de plantas en la regulación de la transición floral en Arabidopsis. ----------ABSTRACT---------- Plants, as sessile organisms, have developed complex adaptation mechanisms that allow them to respond to environmental changing conditions, modulating their development to maximize their fitness and survival. Along their development plants go through different growth phases, and the timing of the transition from the vegetative to the reproductive stage, known as floral transition, is critical in the life cycle of plants since their reproductive success depends on it. Therefore, flowering time is a very fine-tuned process. Chromatin remodeling is key for the establishment and maintenance of the spatial and temporal gene expression patterns that modulate the phase transitions along plant development, and particularly the expression of master genes involved in regulation of the floral transition. Post-translational histone modifications, including acetylation, are one of the most relevant chromatin remodeling mechanisms operating in eukaryotic cells. The acetylation of lysine residues in histones is evolutionarily conserved and is involved in a plethora of cellular and developmental processes. Therefore, the acetylation levels of lysine residues in the amino terminal tails of histones are tightly modulated by the antagonistic action of histone acetyltransferases (HATs) and deacetylases. In plants, different families of HATs have been described, including the MYST family that comprises homologs of the catalytic subunit of the yeast NuA4 complex (NuA4-C). This chromatin remodeling complex mediates the acetylation of histones H4, H2A, and H2A.Z, and is involved in DNA transcription and repair, gene silencing, cell cycle progression, and chromosome stability. The existence and composition of a NuA4-like-C in plants remains an open question nowadays. In plants, homologs for almost all yeast NuA4-C subunits have been identified, including the catalytic subunit, suggesting that this complex could also be present in plant species. However, the knowledge about the role of the possible plant NuA4-C is very limited. Over the last few years the study of Arabidopsis mutants deficient in subunits of this complex has started to reveal functions for these homologs in various biological processes such as the floral transition, gametophyte development, cell proliferation, stress responses, growth, and hormonal responses among others. In this Doctoral Thesis we have addressed the functional characterization of the possible Arabidopsis NuA4-C and its involvement in the control of the floral transition and additional plant development processes. With this aim, we have focused on the genetic, molecular, and functional characterization of the Arabidopsis EAF6 subunit. The biochemical function of this protein remains unknown in any eukaryotic organism while in plants no EAF6 protein had been studied. Experimental approaches tackled in this work have allowed us to reveal that AtEAF6 participates in the control of different developmental processes in Arabidopsis, including a crucial role in flowering promotion under non-inductive photoperiods as well as in the flowering response to changes in ambient temperature. The transcriptomic analyses performed have revealed that EAF6 is involved in genome wide transcriptional control and is required for the regulation of flowering-related genes such as FLC, MAF4, MAF5 and AGL19 that could mediate the effect of this putative NuA4-C subunit on the timing of the floral transition in Arabidopsis. Moreover, chromatin immunoprecipitation assays carried out have confirmed that this regulation could take place through changes in the organization of chromatin since eaf6 mutants display alterations in the levels of the repressive mark H3K27me3 in specific flowering loci. Additionally, our results show that EAF6 could be also involved in other developmental processes such as plant and leaf growth, chloroplast biogenesis, and could participate in pollen development. In addition, results obtained in genetic and biochemical approaches carried out in this work indicate that the yeast Piccolo-NuA4 complex can be conserved in plants. The Piccolo-NuA4 complex is a sub-module of NuA4-C formed by the Esa1, Epl1, Yng2, and Eaf6 subunits, and is responsible for the non-specific chromatin acetylation and the interaction of NuA4-C with nucleosomes. In this work, we have shown that EAF6 physically interacts with the EPL1A/B and ING2 proteins, while the gene encoding this putative NuA4-C subunit genetically interacts with HAM1, EPL1B, and ING1/2 loci in the regulation of different developmental processes, including the floral transition. Taken together, all these results support a role for a possible EAF6-containing NuA4-C in the regulation of the floral transition in Arabidopsis.