Estudo dos mecanismos de sinalização fotomorfogênica envolvendo a comunicação entre parte aérea e raízes em Arabidopsis thaliana

Abstract

A luz fornece uma entrada para o processo de fotossíntese e influencia diretamente o crescimento e desenvolvimento das plantas. O crescimento das raízes, em condições naturais, ocorre abaixo do solo na ausência de luz. Análises prévias demostram que, embora as raízes cresçam abaixo do solo na escuridão, a iluminação da parte aérea é essencial para que as raízes se desenvolvam normalmente. Plântulas de Arabidopsis cultivadas sob luz apresentam padrão de desenvolvimento fotomorfogênico, apresentando hipocótilo curto e raízes longas. As respostas transcricionais iniciais à luz que estimulam a comunicação entre a parte aérea e a raiz ainda não estão completamente esclarecidas. A correta regulação da expressão gênica é um dos mecanismos que possibilitam respostas nas plantas. Esta tese teve como objetivo o estudo dos mecanismos de sinalização fotomorfogênica envolvendo a comunicação entre parte aérea e raízes em Arabidopsis thaliana. Os apontamentos relatados nos capítulos II à IV mostram que à luz desempenha um papel chave no desenvolvimento da planta e na comunicação entre parte aérea e raiz. A presença de luz na parte aérea leva a alterações significativas no transcriptoma de plântulas, promovendo a montagem da maquinaria fotossintética, sinalização e respostas redox. Utilizando mutantes de perda de função, identificamos que a regulação da transcrição da resposta à luz precoce pode estar envolvida com o fator de transcrição ABA-Insensível 5 (ABI5) juntamente com os fatores bZIP responsivos a ABA (ABFs). Propomos que esta expressão gênica inicial reaproveita a transcrição de fatores bZIP ligados ao ABA, expressos na escuridão, para ativar respostas fotomorfogênicas.

Light provides an input to the process of photosynthesis and directly influences the growth and development of plants. Root growth, under natural conditions, occurs below ground in the absence of light. Previous analyzes show that, although roots grow underground in the dark, shoot illumination is essential for roots to develop normally. Arabidopsis seedlings grown under light show a photomorphogenic pattern of development, with a short hypocotyl and long roots. The initial transcriptional responses to light that stimulate communication between the shoot and the root are not completely understood. The correct regulation of gene expression is one of the mechanisms that enable responses in plants. The work presented in this thesis aimed to study the photomorphogenic signaling mechanisms involving the communication between shoots and roots in Arabidopsis thaliana. The appointments presented in Chapters II to IV show that light plays a key role in plant development and in communication between shoots and roots. The presence of light in the shoot leads to significant changes in the transcriptome of seedlings, promoting the assembly of photosynthetic machinery, signaling and redox responses. Using loss-of-function mutants, we identified that transcriptional regulation of the early light response may be involved with the ABA-Insensitive transcription factor 5 (ABI5) along with the ABA- responsive bZIP factors (ABFs). We propose that this initial gene expression reuses the transcription of ABA-linked bZIP factors, expressed in the dark, to activate photomorphogenic responses.