Análise transcricional dos genes ISA1, NFS1 e ISU1 de Eucalyptus grandis sob estresse

Abstract

Os agrupamentos de ferro-enxofre (Fe-S) são grupos prostéticos necessários para a manutenção da vida, pois estão envolvidos em diversos processos incluindo a transferência de elétrons, reações metabólicas, sinalização e regulação da expressão gênica. As plantas realizam fotossíntese e respiração, dois processos que requerem proteínas Fe-S, sendo os únicos organismos em que a síntese destas proteínas é compartimentalizada. Diversos fatores afetam o desenvolvimento das plantas, entre eles, a temperatura baixa, fator limitante à produtividade e à distribuição geográfica das plantas, incluindo Eucalyptus grandis, uma espécie com grande importância econômica. Neste trabalho foi realizada uma análise transcricional dos genes NFS1, ISA1 e ISU1 de E. grandis após diferentes estúmlos por meio de PCR quantitativa (qRT-PCR) e microarranjos. Após o tratamento de plântulas de E. grandis com frio, foram realizados experimentos de qRT-PCR. Os resultados foram normalizados com os genes constitutivos codificadores da histona H2B e da ribonucleoproteína L23A. Considerando tal normalização, ISU1 aumentou sua expressão em 0,6 e 1,7 vezes, NFS1 apresentou um aumento de 6 e 8 vezes, enquanto ISA1 apresentou um aumento de 69 a 114 vezes em relação à condição controle. Utilizando-se a técnica de microarranjos, foi analisada a diferença de expressão entre folhas e xilema de árvores maduras de E. grandis. O gene NFS1 apresentou maior expressão nas folhas do que em xilema, porém os genes ISA1 e ISU1 apresentaram um padrão de expressão equivalente entre os dois tipos de tecidos. Esses resultados sugerem que (i) os genes NFS1 e ISA1 podem estar relacionados à resposta celular ao estresse causado por frio; e que (ii) os aumentos na expressão devem-se, provavelmente, ao metabolismo de enxofre e à indução de enzimas antioxidantes. Foi também realizado um experimento de curva de tempo com a submissão de plântulas de E. grandis ao resfriamento, objetivando-se verificar em que momento esses genes começam a ter suas expressões aumentadas. O gene ISU1 apresentou maior expressão gênica nas primeiras duas horas de tratamento, caindo drasticamente logo após este período. O gene ISA1, que havia apresentado a maior expressão relativa no experimento anterior, não apresentou diferença significativa no padrão de expressão durante as 16 horas de resfriamento, assim como o gene NFS1. Esses resultados indicam que as proteínas Fe-S, frente ao resfriamento, estão possivelmente envolvidas na recuperação das plantas após tal estresse.

Iron-sulfur (Fe-S) clusters are prosthetic groups required for the maintenance of life because they are involved in various vital processes, including electron transfers, metabolic reactions, signaling and regulation of gene expression. Plants perform photosynthesis and respiration, two processes that require Fe-S proteins, and are the only organisms in which the synthesis of these proteins is compartmentalized. Several factors and stresses affect the development of plants including low temperature, which is a productivity-limiting factor and restricts plants to certain geographical distributions, including Eucalyptus grandis, a species with significant economic importance. The aim of this study is to perform an analysis of E. grandis NFS1 and ISA1 gene expressions after different stimuli through quantitative PCR (qRT-PCR) and microarrays. qRT-PCR experiment were conducted on plants submitted to a cold treatment. The results were normalized with the housekeeping genes encoding histone H2B and ribonucleoprotein L23A. Considering such normalizations, ISU1 increased the expression 0.6 and 1-fold, NFS1 showed a 6 and 8-fold increase in comparison with the control condition, while ISA1 gene increased 69 and 114-fold. Using microarrays, the difference in expression between leaves and xylem of E. grandis was analyzed. The NFS1 gene showed higher expression in leaves than in xylem, but the ISA1and ISU1 showed equivalent pattern of expression in both types of tissues. These results suggest that (i) NFS1 and ISA1 genes are related to the cellular response to the stress caused by chilling, and that (ii) the increased expression should be probably due to the metabolism of sulfur and to the induction of antioxidative enzymes. A time-course experiment was also conducted during the cold stress of E. grandis plants to look at which moment these genes begin to increase their expressions. The ISU1 gene showed higher expression in the first 2 hours of treatment, and than decreased severally after this period. The ISA1 gene, which had shown the highest expression in the previous experiment, did not show significant differences in the pattern of expression during the 16 hours of chilling treatment, as well as the NFS1 gene. These results indicate that Fe-S proteins, in response to low temperature, are possibly involved in the recovery of the plants after this stress.