Análise da expressão de miRNAS durante o desenvolvimento de sementes de BRASSICA NAPUS e predição de seus possíveis genes alvos

Abstract

Brassica napus (canola) é a terceira cultura oleaginosa mais produzida no mundo, fornecendo cerca de 13% de toda a oferta mundial de óleo vegetal. Durante o desenvolvimento de sementes, B. napus acumula compostos de reservas em estádios e tecidos específicos. A maioria destes compostos de reservas são lípidos (30-40%) e proteínas (17-26%), sendo quase que exclusivamente armazenados nos cotilédones do embrião maduro. Os microRNAs (miRNAs) desempenham um papel essencial em diversos aspectos do desenvolvimento de sementes. A função destes pequenos RNAs (sRNAs) endógenos não-codificantes é regular a expressão gênica, principalmente através da clivagem e a inibição de tradução de mRNA alvo. Estudos recentes têm contribuído para a identificação de miRNAs em sementes de B. napus, mas a expressão temporal e as funções regulatórias dos miRNAs em sementes de B. napus, especialmente durante a maturação, são desconhecidas. Para entender os padrões de expressão temporal dos miRNAs durante o desenvolvimento de sementes por RT-qPCR, este trabalho se concentra primeiramente na determinação de genes de referência para serem utilizados como normalizadores em estudos de RT-qPCR e no perfil de expressão dos miRNAs durante o desenvolvimento de sementes. A estabilidade da expressão de 16 mRNA e 43 miRNAs de B. napus foi avaliada em amostras de folha, tecidos florais e diferentes estágios de desenvolvimento de sementes. Nossas análises demonstraram que os miRNAs apresentam uma maior estabilidade de expressão do que genes que codificam proteínas, e a combinação miR156-7, miR11-1 e miR408-1 foi a mais apropriada para ser utilizada como normalizadores em estudos de expressão gênica por RT-qPCR. O perfil de expressão de 40 miRNAs foi avaliado ao longo do desenvolvimento de sementes. A maioria dos miRNAs teve sua expressão induzida durante a maturação de sementes, enquanto um pequeno número foi preferencialmente expressos em estágios iniciais do desenvolvimento das sementes. Um miRNA inédito, denominado miR03-1, apresentou uma expressão diferencial entre os estágios precoces e tardios do desenvolvimento. A expressão do miR03-1 é fortemente induzida 21 dias após o florescimento. A partir de uma abordagem computacional para predição de possíveis genes-alvo de miRNAs de B. napus foi possível identificar um total de 481 alvos putativos para 104 sequências maduras de miRNAs. Todos os alvos preditos estão diretamente relacionados com o metabolismo lipídico, dentre estes fatores de transcrição e enzimas-chave do metabolismo lipídico. O estudo da regulação destes genes por miRNAs em diferentes estágios do desenvolvimento de semente contribuirá para o entendimento dos mecanismos moleculares envolvidos no metabolismo lipidico.

Brassica napus (canola) is the third largest oilseed crop in the world, providing approximately 13% of the world's supply of vegetable oil. During seed development, B. napus build up storage reserves in specific stages and tissues. The vast majority of these reserves are made up of lipids (30–40%) and proteins (17–26%) that are almost exclusively stored in the cotyledons of the maturing embryo. MicroRNAs (miRNAs) play essential roles in various aspects of seed development, including embryo development and the timing of seeds maturation. The function of these endogenous small non-coding RNAs (sRNAs) is to regulate gene expression, mainly through cleavage and translation inhibition of target. Several recent studies have contributed to the identification of miRNAs in seeds from B. napus, but temporal expression and regulatory functions of miRNAs in seeds of B. napus, especially during seed maturation, are unknown. To understand the temporal expression patterns of miRNAs during seed development by RT-qPCR, this work focuses primarily on the determination of appropriate reference genes for use in RT-qPCR studies and in the expression profile of miRNAs during seed development. The expression stability of 16 previously reported reference genes and 43 B. napus miRNAs have been evaluated in leaf and flower tissues, as wel in different seed development stages. Our analyses showed that miRNAs presented higher expression stability than protein-coding genes and the combination of miR156-7, miR11-1 and miR408-1 was appropriate as normalizers in studies of gene expression by RT-qPCR. In addition, the expression profile of 40 miRNAs was studied throughout seed development. The majority of miRNAs increased their expression during seed maturation, while a small part of the miRNAs was preferentially expressed at early seed developmental stages. A new miRNA named miR03-1 showed differential expression between the early and late stages of seed development and is strongly induced 21 days after flowering. In parallel, a computational approach was carried out to predict candidate target genes for B. napus miRNAs. A total of 481 putative targets were predicted for 104 sequences of mature miRNAs. All predicted targets are directly related to the lipid metabolism, such as transcription factors and key enzymes of lipid metabolism. The study of regulation of these genes by miRNAs in different stages of seed development will contribute to understanding the molecular mechanisms involved in lipid metabolism.