MicroRNAs de sementes de soja maduras e em germinação e Transfer RNA- derived Fragments (tRFs) associados a proteínas argonautas de Arabidopsis

Abstract

O advento de técnicas de sequenciamento de alta eficiência possibilitou o estudo mais aprofundado de pequenos RNAs, como os microRNAs (miRNAs), a classe melhor caracterizada, e a identificação de novas classes como a dos transfer RNA-derived Fragments (tRFs). Os pequenos RNAs podem atuar como reguladores negativos da expressão gênica do seu transcrito alvo. Este mecanismo, denominado Silenciamento Gênico Pós-Transcricional (PTGS) ou RNA interferência (RNAi), pode ocorrer pela indução da clivagem do transcrito alvo, ou pela repressão da tradução do mesmo. Em soja, ainda não foram descritos miRNAs atuantes na germinação da semente, os quais foram abordados no primeiro capítulo desta tese. Utilizando duas bibliotecas de sequenciamento de alta eficiência, uma relativa a sementes maduras e outra composta de uma combinação de sementes em germinação (3, 5 e 7 dias), foram identificados um total de 178 microRNAs, sendo 36 inéditos. Dos 178, 8 miRNAs com alvos potencialmente relacionados à germinação da semente, às rotas de auxina, giberelina, metabolismo lipídico, de nitrogênio e homeostase de potencial redox, foram validados por análise de degradoma. O segundo capítulo aborda a caracterização de tRFs em Arabidopsis associados com proteínas Argonauta (AGO), as quais são essenciais ao RNAi. Foram utilizadas 26 bibliotecas de sequenciamento de argonautas imunoprecipitadas (AGO-IP), relativas às AGOs 1, 2, 4, 5, 7 e 9, além de 3 bibliotecas de degradoma. O mapeamento destas sequências nos tRNAs de Arabidopsis revelou que estes pequenos RNAs são majoritariamente associados a AGO1 e 2, sendo a classe 5' de 19 nucleotídeos de comprimento a mais comum. Contudo, estes não obedecem aos critérios de direcionamento a proteínas AGO relativos ao primeiro nucleotídeo do pequeno RNA, como ocorre com miRNAs. Foram identificados quatro transcritos alvos, validados por análise do degradoma, os quais possivelmente sofrem PTGS via tRFs. Ambos os capítulos apresentam uma robusta caracterização in silico de pequenos RNAs em plantas inferindo suas possíveis funções. Contudo, mais experimentos devem ser efetuados para confirmação de seus papeis em soja e Arabidopsis.

The advent of the deep sequencing approach enabled a better characterization of small RNAs, such as microRNAs (miRNAs), the well-known small RNA class, and the identification of new classes like the transfer RNA-derived Fragments (tRFs). The small RNAs can act as negative regulators of gene expression of their target transcript. This mechanism, known as Post Transcriptional Gene Silencing (PTGS), involves dicing of the target transcript, or translational repression. In soybean, the microRNAs acting on seed germination are unknown. These miRNAs were described in the first chapter of this thesis. Using two deep sequencing libraries, relative to the mature seeds and a combination of germinating seeds (3, 5 and 7 days). A total of 178 miRNAs were identified, including 36 new ones. Eight miRNAs had targets potentially related to seed germination including some acting on auxin and gibberellin pathways, lipid and nitrogen metabolism and redox homeostasis, and were validated by degradome analysis. The second chapter showed the characterization of Argonaut (AGO) associated tRFs in Arabidopsis. AGO is an essential protein for PTGS. A total of 26 deep sequencing libraries from immunoprecipitated Argonauts (AGO-IP), relative to the AGO 1, 2, 4, 7, and 9, plus 3 degradome libraries were used. The tRFs were mainly associated with AGO1 and 2, and the 5' class of 19 nucleotides in length was the most common one. However the tRFs did not follow the rule for AGO loading, were the first nucleotide lead the microRNA to a specific AGO. We identified four tRF target transcripts validated by degradome analysis, which possibly undergo the PTGS pathway. Both chapters present a robust in silico characterization of small RNAs in plants, inferring their possible functions. However, more experiments should be performed to confirm their roles in soybean and Arabidopsis.