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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.17.2021.tde-04082021-130359
Documento
Autor
Nome completo
Pedro Boscariol Ferreira
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2020
Orientador
Banca examinadora
Goldman, Maria Helena de Souza (Presidente)
Bem, Luiz Eduardo Vieira Del
Calixto, Cristiane Paula Gomes
Hartfelder, Klaus Hartmann
Título em português
SCI1 e NtCDKG;2 atuam no ciclo celular, no processamento de RNAs e no desenvolvimento floral em Nicotiana tabacum
Palavras-chave em português
Auxina
CDKs
Ciclo celular
Desenvolvimento floral
RNA-seq
Splicing
Resumo em português
O desenvolvimento das flores é um processo complexo, e depende da coordenação entre os eventos de formação das identidades dos órgãos, proliferação, diferenciação e expansão celular. Caso ocorra com sucesso, esse processo produz a flor, estrutura reprodutiva das Angiospermas, a qual é essencial para o seu ciclo de vida. Um dos genes que participa do desenvolvimento floral é SCI1 (Stigma/style Cell cycle Inhibitor 1). Esse gene é expresso desde a formação do meristema floral, e perturbações na sua expressão foram capazes de alterar o tamanho final do pistilo, mais especificamente, dos estigmas e estiletes. Estas alterações de tamanho ocorreram devido a alterações na proliferação celular durante o desenvolvimento do pistilo. No mecanismo de ação de SCI1, é proposto que essa proteína iniba a ação de complexos CDK-Ciclina, os quais são importantes para a progressão do ciclo celular. Um dos alvos de inibição por SCI1 é a CDK NtCDKG;2, que possivelmente participa da formação do fuso mitótico. Para melhor entender os mecanismos de ação de SCI1 durante o desenvolvimento das flores, foi utilizada a estratégia de RNA-seq. Com essa técnica, foi possível identificar alterações na expressão gênica em estigmas/estiletes de plantas transgênicas de silenciamento de SCI1. Dentre os 1.510 genes diferencialmente expressos (DE), 72,8% estão down-regulados nessas plantas em comparação com a planta controle. Em uma análise funcional, 84 genes DE podem ser associados ao ciclo celular, 39 são genes de resposta à auxina, 99 participam do desenvolvimento floral e 47 tem potencial papel no processamento de RNAs. Dos genes de ciclo celular, 46% têm maior expressão nas fases S e G2 do ciclo, o que indica uma relevância de SCI1 nessas fases. Além disso, foi detectada a expressão diferencial de transcritos alternativos do gene NtSR30, que codifica uma proteína reguladora de splicing. Em estudos prévios, SCI1 foi associado ao splicing devido a suas proteínas parceiras de interação. Os resultados deste trabalho contribuem para a hipótese da participação de SCI1 nesse processo. Adicionalmente, NtCDKG;2 também possui parceiras de interação envolvidas no splicing, como NtCycL1 e NtRSZ21. Segundo análises de sequências de aminoácidos, neste trabalho foi esclarecido que NtCDKG;2 é homóloga de CDKG;2 de Arabidopsis thaliana e de CDK11 de Homo sapiens, ambas com papéis descritos no splicing. Além disso, análises filogenéticas de CDKGs de plantas, sugerem que essa CDK tem origem profunda na filogenia das plantas verdes, o que demonstra sua importância para essas espécies. Adicionalmente, foi verificado que a proteína NtCDKG;2 possui isoformas presentes de forma tecido-específica em órgãos vegetativos e reprodutivos. Interessantemente, em uma análise do tamanho de sementes em plantas transgênicas de superexpressão e silenciamento do gene NtCDKG;2, foi possível detectar diferenças que indicam a participação desse gene no desenvolvimento desses órgãos. Em suma, este trabalho foi capaz de identificar as possíveis vias moleculares nas quais SCI1 participa durante o desenvolvimento floral. Ademais, foi identificada sua importância nas fases S e G2 do ciclo celular, e que SCI1 pode estar envolvido na regulação do splicing, possivelmente regulando NtCDKG;2, o que contribui para a caracterização desses genes.
Título em inglês
SCI1 and NtCDKG;2 have roles in cell cycle, RNA processing, and flower development in Nicotiana tabacum
Palavras-chave em inglês
Auxin
CDKs
Cell cycle
Flower development
RNA-seq
Splicing
Resumo em inglês
Flower development is a complex process which depends on the fine-tuned coordination of organ identity establishment, cell proliferation, differentiation, and expansion. If this process occurs successfully, a flower is produced, and this Angiosperms reproductive structure is essential for the plant life cycle. One of the genes that participates in flower development is SCI1 (Stigma/style Cell cycle Inhibitor 1). This gene is expressed since the formation of the floral meristem, and disturbances in its expression were able to alter the final size of the pistil, more specifically, of the stigmas and styles. These size changes occurred due to changes in cell proliferation during pistil development. Regarding the mechanism by which SCI1 affects cell proliferation, it is proposed that it inhibits CDK-cyclin complexes, which are important components of cell cycle control. One of the targets of SCI1 is the NtCDKG;2, a CDK possibly involved in the mitotic spindle assembly. To better understand the molecular network by which SCI1 acts during flower development, an RNA-seq strategy was employed. With this approach, differential gene expression was detected in stigmas/styles of transgenic plants silencing the SCI1 gene, compared to the wild type. Among the 1,510 differentially expressed (DE) genes, 72.8%% are downregulated when SCI1 is silenced. Functional classification of the DE genes revealed that 84 of them are connected to the cell cycle, 39 are auxin responsive genes, 99 are involved in flower development, and 47 are related to RNA processing. Of the cell cycle genes, 46% have greater expression in the S and G2 phases of the cycle, which indicates a relevance of SCI1 in these phases. In addition, the differential expression of alternative transcripts of the NtSR30 gene, which encodes a splicing regulatory protein, was detected. In previous studies, SCI1 was associated with splicing due to its interacting partner proteins. The results of this work contribute to the hypothesis of the participation of SCI1 in this process. Additionally, NtCDKG;2 also has interaction partners involved in splicing, such as NtCycL1 and NtRSZ21. According to analyzes of amino acid sequences, in this work it was clarified that NtCDKG;2 is homologous to CDKG;2 of Arabidopsis thaliana and CDK11 of Homo sapiens, both with roles described in splicing. In addition, phylogenetic analyzes of plant CDKGs suggest that this CDK has a deep origin in the phylogeny of green plants, which demonstrates its importance for these species. Additionally, it was verified that the protein NtCDKG;2 has isoforms present in tissue-specific form in vegetative and reproductive organs. Interestingly, in an analysis of the seed size in transgenic plants of overexpression and silencing of the NtCDKG;2 gene, it was possible to detect differences that indicate the participation of this gene in the development of these organs. In short, this work was able to identify the possible molecular pathways in which SCI1 participates during floral development. Furthermore, its importance in the S and G2 phases of the cell cycle was identified, and that SCI1 may be involved in the regulation of splicing, possibly regulating NtCDKG;2, which contributes to the characterization of these genes.
 
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Data de Publicação
2021-08-09
 
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