Canvis epigenètics en resposta a elevades temperatures en Arabidopsis

Abstract

The chromatin remodeling protein LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN1 (LHP1) participates in the transcriptional regulation of a wide variety of genes. It is known that the mechanism for doing this is through Polycomb activity and is therefore related to epigenetic marks, specifically in the trimethylation of lysine 27 in histone H3 and the ubiquitination of histone 2A, H3K27me3 and H2Aub respectively. The role of LHP1 in the regulation of plant response genes to environmental changes is uncertain. The aim of this work is to study it, specifically in the response to high temperatures. Through phenotype, gene expression and chromatin immunoprecipitation analyses, the response to high temperatures of Arabidopsis thaliana seedlings and the role of LHP1 have been analyzed using the lhp1 loss-of-function mutant. It has been observed that LHP1 plays an important role in the response of Arabidopsis seedlings to high temperature, as evidenced by the lack of hypocotyl elongation in its mutant. This lack of elongation is not due to a problem with auxin synthesis, as the phenotype of lhp1 in response to high temperatures could not be complemented by the addition of exogenous auxin. Therefore, the lhp1 mutant is insensitive to auxins, indicating that this phenotype is not due to a lack but to a deficiency in auxin signaling. In accordance with this, the mutant has a low expression of the IAA29 gene, a member of the Aux/IAA family of proteins, which are essential for auxin signaling. Interestingly, the low expression of IAA29 is not related to the levels of H3K27me3 and H2Aub, as these marks are neither present in this gene nor changed in the lhp1 mutant. Not finding a direct relationship between transcriptional activity and Polycomb activity, we used an lhp1 mutant whose LHP1 protein has lost its ability to bind to chromatin, we observe that the function of LHP1 in the regulation of response to high temperatures does depend on its binding to chromatin. This study opens the door to future work to find out how LHP1 regulates at the chromatin level the expression of the IAA29 gene and subsequently participates in the regulation of the plants' response to high temperatures.

La proteïna remodeladora de cromatina LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN1 (LHP1) participa en la regulació transcripcional d’una gran varietat de gens. Es coneix que el mecanisme per fer-ho és a través de l’activitat Polycomb i, per tant, està relacionat amb les marques epigenètiques, concretament en la trimetilació de la lisina 27 en la histona H3 i la ubiquitinació de la histona 2A, H3K27me3 i H2Aub respectivament. El paper de LHP1 en la regulació de gens de resposta de les plantes a canvis ambientals és incert. L’objectiu d’aquest treball és estudiar-ho, en concret en la resposta a altes temperatures. Mitjançant anàlisis de fenotip, expressió gènica i immunoprecipitació de la cromatina s’ha analitzat la resposta a altes temperatures de plàntules d’Arabidopsis thaliana i el paper de LHP1 fent servir el mutant de pèrdua de funció lhp1. S’ha observat que LHP1 té un paper important en la resposta a les plàntules d’arabidopsis a elevada temperatura, com evidencia la falta d’allargament de l’hipocòtil en el seu mutant. Aquesta falta d’allargament no es deu a un problema de síntesi d’auxines, ja que el fenotip de lhp1 en resposta a altes temperatures no s’ha pogut complementar amb l’addició d’auxina exògena. Per tant, el mutant lhp1 és insensible a auxines, el que ens indica que aquest fenotip no és degut a la falta sinó a la deficiència en la senyalització de les auxines. D’acord amb això, el mutant presenta una baixa expressió del gen IAA29, un membre de la família de proteïnes Aux/IAA, les quals són fonamentals per a la senyalització d’auxines. Curiosament, la baixa expressió de IAA29 no està relacionada amb els nivells de H3K27me3 i H2Aub, ja que aquestes marques no estan presents en aquest gen ni canvien en el mutant lhp1. Al no trobar una relació directa entre l’activitat transcripcional i l’activitat Polycomb, vam fer servir un mutant lhp1 el qual la seva proteïna LHP1 ha perdut la capacitat d’unió a cromatina, observem que la funció de LHP1 en la regulació de la resposta a altes temperatures sí que depèn de la seva unió a la cromatina. Aquest estudi obre la porta a futurs treballs per esbrinar com LHP1 regula a nivell de cromatina l’expressió del gen IAA29 i ulteriorment participa en la regulació de la resposta de les plantes a les altes temperatures.

La proteína remodeladora de cromatina LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN1 (LHP1) participa en la regulación transcripcional de una gran variedad de genes. Se conoce que el mecanismo para hacerlo es a través de la actividad Polycomb y, por tanto, está relacionado con las marcas epigenéticas, concretamente en la trimetilación de la lisina 27 en la histona H3 y la ubiquitinación de la histona 2A, H3K27me3 y H2Aub respectivamente. El papel de LHP1 en la regulación de genes de respuesta de las plantas a cambios ambientales es incierto. El objetivo de este trabajo es estudiarlo, concretamente en la respuesta a altas temperaturas. Mediante análisis de fenotipo, expresión génica e inmunoprecipitación de la cromatina se ha analizado la respuesta a altas temperaturas de plántulas de Arabidopsis thaliana y el papel de LHP1 utilizando el mutante de pérdida de función lhp1. Se ha observado que LHP1 tiene un papel importante en la respuesta a las plántulas de arabidopsis a elevada temperatura, como evidencia la falta de alargamiento del hipocótil en su mutante. Esta falta de alargamiento no se debe a un problema de síntesis de auxinas, puesto que el fenotipo de lhp1 en respuesta a altas temperaturas no se ha podido complementar con la adición de auxina exógena. Por tanto, el mutante lhp1 es insensible a auxinas, lo que nos indica que este fenotipo no se debe a la falta sino a la deficiencia en la señalización de las auxinas. De acuerdo con esto, el mutante presenta una baja expresión del gen IAA29, un miembro de la familia de proteínas Aux/IAA, que son fundamentales para la señalización de auxinas. Curiosamente, la baja expresión de IAA29 no está relacionada con los niveles de H3K27me3 y H2Aub, puesto que estas marcas no están presentes en este gen ni cambian en el mutante lhp1. Al no encontrar una relación directa entre la actividad transcripcional y la actividad Polycomb, utilizamos un mutante lhp1 cuya proteína LHP1 ha perdido la capacidad de unión a cromatina, observamos que la función de LHP1 en la regulación de la respuesta a altas temperaturas sí depende de su unión a la cromatina. Este estudio abre la puerta a futuros trabajos para averiguar cómo LHP1 regula a nivel de cromatina la expresión del gen IAA29 y ulteriormente participa en la regulación de la respuesta de las plantas a las altas temperaturas.