O efeito do estresse osmótico no padrão de expressão gênica e na regulação por mirnas em soja.

Abstract

A soja é uma cultura mundialmente importante. No entanto, sua produção é afetada pelas condições de estresse, como o osmotico. É importante entender os mecanismos moleculares de adaptação das plantas ao estresse osmotico para encontrar ferramentas para melhorar a tolerância a este. Os micro RNAs (miRNAs) são essenciais nas redes reguladoras de estresses. São pequenas moléculas de RNAs não codificantes que modulam a expressão gênica, pela clivagem do mRNA alvo ou inibição da sua tradução. No estudo, foram gerados dados de RNA-Seq (pequenos RNA e mRNA) de soja cultivar Conquista sob condição de alta salinidade. Foram feitas comparações entre Conquista (tolerante à seca) e uma cultivar sensível à seca (C08) que foi submetida a diferentes períodos de estresse salino em um estudo previo. O perfil de expressão gênica para cada cultivar foi obtido por transcriptograma. Após 4 horas de estresse salino, Conquista apresentou 647 genes induzidos e 753 reprimidos. Desses, 719 compartilham o mesmo padrão de expressão entre as duas cultivares. O estresse salino também modificou a expressão de 54 isoformas de miRNAs em Conquista, pela maturação de 39 pré-miRNAs. Os alvos previstos para 12desses miRNAs maduros têm correspondência com 15 genes expressos diferencialmente de nossas análises. Encontramos genes das vias de sinalização de ABA e BR modulados, com possível crosstalk entre eles e com provável regulação pelos miRNAs. Genes relacionados à biossíntese de etileno, reparo do DNA e a tradução de plastídios podem ser regulados por miRNAs. A expressão do miR482bd-5p foi reprimida sob condições salinas em Conquista, enquanto que a expressão dos seus alvos preditos (HEC1, BAK1) aumentou. A expressão diferencial de seis miRNAs, incluindo miR482bd-5p e seus possíveis alvos, foi confirmada por RT-qPCR. Também foi avaliado o efeito de PEG na expressão de miRNAs e seus alvos preditos. miR482bd-5p, HEC1 e BAK1 tiveram o mesmo padrão de expressão sob PEG. A regulação epigenética do miR482bd-5p foi avaliada por tratamento com SAHA, um inibidor de histona deacetilases (HDAC). O miR482bd-5p foi induzido e HEC1 reprimido sob tratamento com sal e SAHA. Isso pode ser explicado por uma regulação epigenética, na qual o gene do miRNA pode ser reprimido pela HDAC sob estresse salino com um aumento associado na expressão do alvo. Assim este trabalho, com o uso de uma ferramentas nova, como o transcriptograma, permitiu entender melhor os mecanismos de resposta da soja ao estresse salino, agregando conhecimento sobre regulação genica no nível trancripcional e post trancripcional.

Soybean is an important crop worldwide. However, its productivity is affected by stress conditions. It is important to understand the mechanisms of plant adaptation to abiotic stress to find tools to improve the tolerance. MicroRNAs (miRNAs) have key roles in abiotic stress regulatory networks. They are small non-coding molecules that modulate gene expression by cleavage or by translation inhibition of the target mRNA. Data from RNA-Seq libraries (small RNA and mRNA) from soybean Conquista cultivar grown under salinity were analyzed. Comparisons of drought- tolerant cultivar with a drought-sensitive (C08) subjected to different saline stress variations were made. The gene expression profile for each cultivar was produced by the transcriptogram. After 4 hours of saline stress, Conquista had 647 induced genes and 753 repressed genes. From which, 719 share the same expression pattern among cultivars, 393 being induced and 326 repressed. Saline stress also modified the expression of 54 miRNA isoforms by maturation of 39 pre-miRNAs in Conquista. The predicted targets for 12 miRNAs correspond to 15 differentially expressed genes in our analysis. Genes of ABA and BR signaling pathways were modulated, with a possible crosstalk between them and a post-transcriptional regulation by miRNAs. Genes related to ethylene biosynthesis, DNA repair, and plastid translation can also be regulated by miRNA. The miR482bd- 5p expression was repressed under salinity in Conquista and its predicted targets (HEC1, BAK1) expression was increased. The differential expression of six miRNAs, including miR482bd-5p and their targets, was confirmed by RT-qPCR. The effect of PEG on miRNA and target expression was also evaluated. miR482bd-5p, HEC1 and BAK1 had the same expression pattern under PEG treatment. Epigenetic regulation of miR482bd-5p was assessed by treatment with SAHA, a histone deacetylase (HDAC) inhibitor. miR482bd-5p was up-regulated and HEC1 down-regulated under salt and SAHA treatment. This can be explained by an epigenetic regulation; which miRNA gene can be repressed by HDAC under salt stress with an associated increase in target expression. Therefore, this work, with the use of a novel tool, such as the transcriptogram, allowed a better understanding ofthe soybean response mechanisms to saline stress, adding knowledge about genetic regulation at the transcriptional and post-transcriptional levels.