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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2014.tde-11112014-165547
Document
Author
Full name
Danielle Maluf Quintanilha
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2014
Supervisor
Committee
Sluys, Marie Anne van (President)
Domingues, Douglas Silva
Peres, Lazaro Eustaquio Pereira
Rossi, Maria Magdalena
Scortecci, Katia Castanho
Title in English
Tnt1 retrotransposon expression and ethylene phytohormone interplay mediates tobacco (Nicotiana tabacum) defense responses
Keywords in English
Nicotiana tabacum
Defense responses
Ethylene
Retrotransposon
Small RNAs
Tnt1
Abstract in English
Tnt1 is a transcriptionally active LTR-retrotransposon, present in over 600 copies in the Nicotiana tabacum genome. Under normal growth conditions, Tnt1 expression is limited to basal levels, but its expression is further induced under biotic and abiotic stresses. Transgenic tobacco plants (HP plants) expressing a Tnt1 reverse transcriptase hairpin were generated. These showed pleiotropic phenotypes such as cell death spots on the leaves and callose deposition and other severe abnormal development in aerial and underground portions. RNA sequencing of leaves with cell death spots revealed a rewiring of transcriptional regulatory networks related to stress responses exclusive to HPs. Among the positively modulated genes were ethylene synthesis and response cascade genes. The objective of the present work was to unravel the relation observed between Tnt1 and ethylene, generating a model. The results obtained suggest that HP seedlings and plants have increased ethylene synthesis when compared to the wildtype. Folding prediction of Tnt1 messenger RNA allowed the identification of ethylene-responsive sequences in putative stem loop locations. Thus it is possible that Tnt1 expression can produce small RNAs targeted to sequences present in the Tnt1 retrotransposon itself as well as at the promoter region of other ethylene responsive genes. Quantification of the expression of Tnt1 and ethylene related genes revealed "phase opposition" expression kinetics in the HPs, which led us to hypothesize that there might be an antagonistic relationship between the expression of Tnt1 and the expression of ethylene responsive genes involved in plant defense responses. Our findings suggest that Tnt1 could generate sRNAs that exerts transcriptional control over itself as well as other genes. Our model establishes a completely new biological role for a retrotransposon: Tnt1 would provide feedback control to ethylene-mediated gene regulation in tobacco defense responses, bringing the system back to a homeostatic condition and turning the defense responses down.
Title in Portuguese
A dinâmica entre a expressão do retrotransposon Tnt1 e o fitormônio etileno envolvida nas respostas de defesa em tabaco (Nicotiana tabacum)
Keywords in Portuguese
Nicotiana tabacum
Etileno
Pequenos RNAs
Respostas de defesa
Retrotransposon
Tnt1
Abstract in Portuguese
Tnt1 é um retrotransposon com LTR transcricionalmente ativo, e está presente em mais de 600 cópias no genoma de Nicotiana tabacum. Em condições normais de crescimento Tnt1 é expresso em níveis basais. No entanto, sua expressão é induzida pelo estímulo de estresses bióticos e abióticos. Plantas de tabaco transgênicas (chamadas de HP) expressando um grampo da transcriptase reversa de Tnt1 foram geradas. Estas apresentaram fenótipos como: pontos de morte celular e deposição de calose nas folhas e severas anomalias de desenvolvimento severas nas porções aérea e radicular das plantas. Sequenciamento de RNA de folhas com os pontos de morte celular revelou uma reorganização de redes de regulação transcricional relacionadas a resposta a estresses. Essas novas redes surgiram exclusivamente nas plantas HP. Entre os genes modulados positivamente estavam genes de síntese e de resposta ao etileno. O presente trabalho teve como objetivo elucidar a relação observada entre Tnt1 e o fitormônio etileno gerando um modelo de atuação. Os resultados obtidos permitiram demonstrar que plântulas e plantas HP adultas tem um aumento na síntese de etileno quando comparadas à selvagem. A predição do dobramento do RNA mensageiro de Tnt1 permitiu a identificação de sequências responsivas ao etileno localizadas em posição potencial para formar grampos. Desta forma, é possível que a expressão de Tnt1 leve à produção de pequenos RNAs que tem como alvo sequências responsivas a etileno presentes tanto no próprio elemento quanto em regiões promotoras de outros genes. A quantificação da expressão de Tnt1 versus genes relacionados ao etileno revelou um padrão em "oposição de fase" nas HPs, o que nos levou a hipotetizar que talvez ocorra uma relação antagonista entre a expressão de Tnt1 e a expressão de genes responsivos ao etileno envolvidos em respostas de defesa vegetais. Nossos resultados sugerem que Tnt1 pode gerar pequenos RNAs que exercem controle transcricional sobre Tnt1 e outros genes endógenos. Nosso modelo estabelece um novo papel biológico para um retrotransposon: Tnt1 agiria como um modulador da indução de genes mediada por etileno nas respostas de defesa de tabaco, trazendo o sistema de volta à condição homeostática e encerrando as respostas de defesa.
 
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Publishing Date
2014-11-24
 
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