Edição de RNA plastidial em Glycine max: caracterização de sítios de edição, componentes do editossomo e efeitos de estresse abiótico

Abstract

Soja, uma cultura conhecida por sua importância econômica e nutricional, tem sido objeto de vários estudos que avaliam o impacto e as respostas efetivas das plantas aos estresses abióticos. O estresse salino é um dos principais estresses ambientais e afeta negativamente o crescimento e o rendimento das culturas, incluindo a soja. A edição de RNA é um processo pelo qual as sequências de nucleotídeos podem ser alteradas, revertendo mutações que podem mudar as sequências de proteínas para manter suas funções conservadas. As proteínas pentatricopeptide repeat (PPRs) são trans-elementos de edição caracterizados por reconhecer cis-elementos específicos de RNA e realizar a reação de edição. Vários estudos descreveram estes trans-elementos e seus sítios de edição cognatos, mas nem todas as proteínas que compõem o complexo de edição foram identificadas. A perda de eventos de edição de plastídios, resultante de mutações em fatores de edição de RNA ou através de interferência por estresse, leva a alterações de desenvolvimento, de fisiologia e da fotossíntese. O objetivo do presente trabalho é caracterizar os sítios de edição e os fatores associados à edição de RNA em Glycine max e a influência de estresses abióticos no processo de edição de RNA em cloroplastos. No capítulo 1, um método é apresentado para triar a edição de RNA de cloroplasto usando bibliotecas públicas de sRNAs de Arabidopsis, soja e arroz. Entre os sítios de edição previstos, 40,57, 34,78 e 25,31% foram confirmados utilizando sRNAs de Arabidopsis, soja e arroz, respectivamente. A análise de SNPs revelou alterações de C-to-U de 58,2, 43,9 e 37,5% nas respectivas espécies e identificou conhecidas e possíveis novas edições de RNA de adenosina para inosina (A-to-I) em tRNAs. O método e os dados revelam o potencial do uso de sRNA como uma fonte confiável para identificar novos e confirmar sítios de edição conhecidos. No capítulo 2, o processo de edição de RNA foi avaliado em cloroplastos de plantas de soja sob estresse salino. A abordagem de bioinformática utilizando bibliotecas de sRNAs e mRNAs foi empregada para detectar sítios específicos que mostram diferenças na taxa de edição. RT-qPCR foi usado para medir a taxa de edição nos sítios selecionados. Observamos diferenças nas taxas de edição nos transcritos dos genes ndhA, ndhB, rps14 e rps16 ao comparar os dados das bibliotecas controle e das tratadas com NaCl. Os ensaios de RT-qPCR 9 demonstraram um aumento na edição dos genes selecionados. Esses aumentos podem ser uma resposta para manter a homeostase das funções das proteínas do cloroplasto em resposta ao estresse salino. No capítulo 3, para identificar os fatores relacionados aos sítios de edição analisados, sondas biotiniladas de RNA foram projetadas com base nos sítios de edição de RNA de plastídio de soja para realizar um isolamento proteico específico do fator de edição. Proteínas que interagiram com as sondas foram isoladas através da ligação das sondas à biotina e foram identificadas utilizando espectrometria de massa. Entre os peptídeos detectados, cinco corresponderam a proteínas PPR. A comparação dos genes de Arabidopsis com as proteínas PPR da soja permitiu a identificação dos homólogos mais próximos. O presente estudo representa a primeira identificação do conjunto de sítios de edição de RNA, de fatores associados aos sítios de edição de RNA e a caracterização dos efeitos do estresse abiótico na edição de RNA em Glycine max.

Soybean, a crop known by its economic and nutritional importance, has been the subject of several studies that assess the impact and the effective plant responses to abiotic stresses. Salt stress is one of the main environmental stresses and negatively impacts crop growth and yield. RNA editing is a process whereby nucleotide sequences can be altered, reverting mutations that could change protein sequences to maintain their conserved functions. Pentatricopeptide repeat proteins are editing trans-elements characterized by recognize specific RNA cis-elements and perform the editing reaction. Several studies have described these trans-elements and their cognate editing sites, but not all proteins that compose the editing complex were identified. The loss of plastid editing events, resulting from mutations in RNA editing factors or through stress interference, leads to developmental, physiological and photosynthetic alterations. The aim of the present work is to characterize the editing sites and factors associated with RNA editing in Glycine max and the influence of abiotic stresses on the process of RNA editing in chloroplasts. In chapter 1, a method is presented to screen chloroplast RNA editing using public sRNA libraries from Arabidopsis, soybean and rice. Among the predicted editing sites, 40.57, 34.78, and 25.31% were confirmed using sRNAs from Arabidopsis, soybean and rice, respectively. SNP analysis revealed 58.2, 43.9, and 37.5% new C-to-U changes in the respective species and identified known and new putative adenosine to inosine (A-to-I) RNA editing in tRNAs. The method and data reveal the potential of sRNA as a reliable source to identify new and confirm known editing sites. In chapter 2, RNA editing process was evaluated in the chloroplast of soybean plants under salt stress. Bioinformatics approach using sRNA and mRNA libraries was employed to detect specific sites showing differences in editing efficiency. RT-qPCR was used to measure editing efficiency at selected sites. We observed differences in ndhA, ndhB, rps14 and rps16 editing rates between control and salt-treated libraries. RT-qPCR assays demonstrated an increase in editing efficiency of selected genes. These increases can be a response to keep the homeostasis of chloroplast protein functions in response to NaCl stress. In chapter 3, to identify the trans-acting factors of editing sites analyzed, we have designed RNA biotinylated probes based in soybean plastid RNA editing sites to perform 11 specific isolation of proteins associated to editosomes. Proteins that interacted with the probes were isolated by binding the probes to biotin and were identified using mass spectrometry. Among the detected peptides, five corresponded to PPR proteins. Comparison of Arabidopsis genes to the soybean PPR proteins allow identification of the closest related homologs. The present study represents the first identification of RNA editing sites set, associated factors to RNA editing sites and characterization of effects from abiotic stress in RNA editing in Glycine max.