Caracterização funcional de OsbHLH035 : um fator de transcrição envolvido no desenvolvimento da antera, nutrição e senescência

Abstract

Os fatores de transcrição do tipo bHLH formam umas das maiores famílias de fatores de transcrição em plantas, envolvidos nas vias de resposta a diversos estresses, coordenando o crescimento e desenvolvimento das plantas. Devido ao papel essencial desses fatores de transcrição no desenvolvimento, é imperativo que a função de membros dessa família seja determinada. O objetivo desta tese de doutorado foi realizar uma análise funcional de OsbHLH035 através de análises moleculares e funcionais de plantas de arroz transgênicas superexpressando o gene codificador desse fator de transcrição. As plantas transgênicas apresentam menor tamanho, produzem menos sementes e as espiguetas apresentam anteras deformadas, quando comparadas às plantas não transformadas (NT). Dados obtidos previamente indicaram a regulação de OsGRF11 e OsIDEF1 sobre a expressão do gene OsbHLH035. OsGRF11, membro da família Growth-regulating factor (GRF) atua como repressor de OsbHLH035, in vitro e in vivo. Devido à regulação de OsIDEF1 das vias de reposta a deficiência de ferro, as plantas superexpressando o gene OsbHLH035 foram avaliadas em situação de deficiência de ferro. Parâmetros fenotípicos foram avaliados, assim como a expressão de genes responsivos à deficiência de ferro, e a quantificação de metais nas sementes. Com o objetivo de identificar genes diferencialmente expressos e potenciais alvos de regulação de OsbHLH035, foi realizada a análise do transcriptoma das plantas transgênicas e de plantas controle NT. Os resultados obtidos mostram que as plantas superexpressando OsbHLH035 apresentam menor capacidade fotossintética e de trocas gasosas. Assim, o aumento dos níveis de OsbHLH035 causa danos ao desenvolvimento normal de plantas de arroz, afetando a formação das anteras e a fotossíntese e, consequentemente, levando à redução da produção de sementes e da estatura das plantas. Além disso, o conteúdo de metais como ferro e zinco é significativamente aumentado nas plantas que superexpressam OsbHLH035, indicando o envolvimento deste fator de transcrição nas vias relacionadas à nutrição. Além disso, as plantas transgênicas apresentam senescência precoce das folhas bandeira quando cultivadas em solo. Através da análise de sequenciamento de RNA foram identificados genes diferencialmente expressos relacionados à biossíntese de compostos secundários. Dessa forma, OsbHLH035 está envolvida em diferentes vias metabólicas, relacionadas ao desenvolvimento, formação da antera e captação e/ou transporte de nutrientes.

The bHLH-type transcription factors form one of the largest families of transcription factors in plants, involved in response to various stresses, coordinating plant growth and development. Due to the essential role of these transcription factors in development, the function of members of this family must be determined. The objective of this doctoral thesis was to carry out a functional analysis of OsbHLH035 through molecular and functional analyzes of transgenic rice plants overexpressing the gene encoding this transcription factor. Transgenic plants are smaller, produce fewer seeds and spikelets have deformed anthers when compared to non-transformed (NT) plants. Previously obtained data indicated the regulation of OsGRF11 and OsIDEF1 on OsbHLH035 gene expression. OsGRF11, a member of the Growth-regulating factor (GRF) family, acts as a repressor of OsbHLH035, in vitro and in vivo. Due to OsIDEF1 regulation of the iron deficiency response pathways, plants overexpressing the OsbHLH035 gene were evaluated in iron deficiency. Phenotypic parameters were evaluated, as well as the expression of genes responsive to iron deficiency, and quantification of metals in seeds. To identify differentially expressed genes and potential regulatory targets of OsbHLH035, transcriptome analysis of transgenic plants and NT control plants was performed. The results show that plants overexpressing OsbHLH035 have lower photosynthetic and gas exchange capacity. In conclusion, the increase in OsbHLH035 levels causes damage to the normal development of rice plants, affecting anther formation and photosynthesis and, consequently, leading to a reduction in seed production and plant height. Furthermore, the contents of metals such as iron and zinc are significantly increased in plants that overexpress OsbHLH035, indicating the involvement of this transcription factor in nutrition-related pathways. In addition, transgenic plants showed early senescence of flag leaves when cultivated in soil. Through RNA sequencing analysis, differentially expressed genes mainly related to the biosynthesis of secondary compounds were identified. Thus, OsbHLH035 is involved in different metabolic pathways related to development, anther formation and nutrient uptake and/or transport.