Caracterização funcional da proteína ASR5 de arroz em Arabidopsis thaliana e suas interações em estresses abióticos

Abstract

Um fator limitante para o crescimento das plantas é a constante ocorrência de condições ambientais rigorosas e estressantes como seca, contaminação por metais pesados, excesso de sal no solo, variações de temperatura e iluminação, assim como ataques de patógenos e herbívoros. Essas adversidades trazem grandes problemas para a o desenvolvimento da agricultura em todo o mundo. O arroz (Oryza sativa) é um dos cereais mais consumidos no planeta, e devido a isso, a otimização de seu cultivo torna-se um importante alvo de pesquisas na atualidade. As proteínas ASR (do inglês, Abscisic acid, Stress and Ripening) são fatores de transcrição codificados por genes que respondem a variados estresses de natureza abiótica. Sabe-se atualmente que o arroz é a planta cultivada de maior tolerância ao alumínio (Al) e que esta característica é intrinsecamente relacionada à ação das proteínas ASR. Nosso grupo de pesquisa demonstrou que o silenciamento dos genes que compõem a família ASR de arroz acarreta em forte inibição do desenvolvimento da raiz sob altas concentrações de alumínio. Além disso, esse trabalho também evidenciou que a redução da expressão de uma isoforma específica desta família gênica, intitulada OsASR5 (LOC_Os11g06720), afeta plantas de arroz aumentando sua sensibilidade não apenas ao alumínio como também a diferentes estresses abióticos. Assim, especula-se que a superexpressão de OsASR5 possa conferir tolerância ao alumínio e a outros estresses em arroz e em diferentes espécies vegetais, hipótese que permanece por ser avaliada. O objetivo do presente trabalho foi caracterizar o papel de OsASR5 na modulação da resposta ao alumínio em um sistema heterólogo. Para isso, plantas de Arabidopsis thaliana superexpressando o gene de arroz OsASR5 foram analisadas quanto ao seu desempenho sob estresse por alumínio e baixo pH. Os resultados obtidos indicam que não é possível incrementar a tolerância de Arabidopsis a esses dois estresses pela superexpressão de OsASR5. Dados prévios do nosso grupo sugeriam possível interação de OsASR5 com OsART1, outro fator de transcrição envolvido nas respostas a este metal em arroz. Para testar esta hipótese, realizamos os ensaios de BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) e transativação, onde verificamos que OsASR5 e OsART1 interagem in vivo, modulando as respostas ao estresse por alumínio em conjunto. Estes resultados permitiram aprofundar o entendimento das vias de sinalização envolvidas na resposta ao alumínio e possibilitará o desenvolvimento de novas estratégias visando a obtenção de plantas mais tolerantes a este metal.

A limiting factor for plant growth is the constant occurrence of severe and stressful environmental conditions such as drought, heavy metal contamination, excessive salt in the soil, temperature and lighting variations, as well as pathogen and herbivore attacks. These adversities cause major problems to agriculture development around the world. Rice (Oryza sativa) is one of the most consumed cereals on the planet, and because of this, the optimization of its cultivation becomes an important research target today. ASR proteins (Abscisic acid, Stress and Ripening) are transcription factors encoded by genes that respond to a variety of abiotic stresses. It is known that rice is the cultivated plant with the highest tolerance to aluminum (Al) and that this characteristic is intrinsically related to ASR proteins. Our research group has demonstrated that ASR gene family silencing in rice leads to strong inhibition of root development under high concentrations of aluminum. In addition, this work also showed that downregulation of a specific isoform of this family, OsASR5 (LOC_Os11g06720), affects rice plants increasing its sensitivity not only to aluminum but also to different abiotic stresses. Thus, it is speculated that the overexpression of OsASR5 may confer tolerance to aluminum and other stresses in rice and in different plant species, a hypothesis that remains to be evaluated. Therefore, the objective of this work was to characterize the role of OsASR5 in modulating the response to aluminum in a heterologous system. For this purpose, Arabidopsis thaliana plants overexpressing OsASR5 were evaluated under aluminum stress and low pH. The results indicate that it is not possible to increase the tolerance of Arabidopsis thaliana to these stresses by the overexpression of OsASR5. Previous data from our group suggested a possible interaction of OsASR5 with OsART1, another transcription factor involved in the responses to this metal in rice. In order to test this hypothesis, we performed BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) and transactivation assays. Our results indicate that OsASR5 and OsART1 interact in vivo to modulate responses to aluminum. These results allowed a better understanding of the signaling pathways involved in the response to aluminum and will enable the development of new strategies in order to obtain plants more tolerant to this metal.