Biogénesis mitocondrial en plantas: mecanismos de expresión de genes nucleares que codifican componentes de la cadena respiratoria

Abstract

En este trabajo caracterizamos la expresión de 4 genes nucleares de Arabidopsis thaliana: dos genes codificantes para la subunidad Vb de la citocromo c oxidasa (COX5b) cox5b-1, At3g15640; cox5b-2, At1g80230), y dos genes codificantes para el citocromo c (cytc-1, At1g22840; cytc-2, At4g10040). Los patrones de expresión del promotor del gen cox5b-1 mostraron una fuerte expresión en meristemas y en tejido vascular de cotiledones, raíces e hipocótilos, en anteras, polen y en las venas centrales de las hojas. El análisis de deleciones sucesivas del promotor sugirió la presencia de elementos reguladores negativos activos en hojas, localizados entre los nucleótidos -609 y -387. La inclusión de sacarosa o de la citoquinina BAP en el medio de cultivo produjo un aumento de los niveles de expresión del reportero GUS. Mediante mutagénesis sitio-dirigidas del promotor del gen cytc-1 evidenciamos la presencia de un segmento localizado entre las posiciones -147 y -156 requerido para la expresión del mismo. El elemento site II (TGGGCC/T) localizado en dicha región, acoplado al elemento telo box (AAACCCTAA), serían los responsables de dirigir la expresión de este gen. El análisis de deleciones progresivas del promotor del gen cytc-2 indicó que una región conteniendo los motivos G-box y ACGT sería esencial para la expresión de dicho gen. La mutación en el motivo ACGT provoca la anulación de la expresión, mientras que elemento G-box conduciría a una disminución en los niveles de expresión en partes aéreas de la planta, anulando la expresión en raíces y la inducción por factores ambientales.

In this thesis we have characterized the expression of four Arabidopsis nuclear genes: two genes encoding cytochrome c oxidase subunit Vb (COX5b) (cox5b-1, At3g15640; cox5b-2, At1g80230), and two genes encoding cytochrome c (cytc-1, At1g22840; cytc-2, At4g10040). The promoter of the Arabidopsis thaliana nuclear gene cox5b-1 was analyzed and the staining patterns indicated that the cox5b-1 promoter directs expression in meristems and in vascular tissues of cotyledons, roots and hypocotyls, as well as in anthers and pollen and the central leaf vein. The analysis of progressive upstream deletions of the promoter suggested the presence of negative regulatory elements, preferentially active in leaves, between nucleotides -609 and -387 from the translation start site. The inclusion of sucrose or the cytokinin BAP in the culture medium induced cox5b-1 promoter-dependen beta-glucuronidase expression. The analysis of a set deletions and site-directed mutants of the cytc-1 promoter indicated that a segment located between -147 and -156 from the translation start site is required for expression and that site II elements (TGGGCC/T) located in this region, coupled with a downstream internal telomeric repeat (telo box, AAACCCTAA), are responsible for the expression pattern of this gene. The analysis of progressive upstream deletions of the cytc-2 promoter indicated that a region containing a G-box and an ACGT motif is essential for expression. Mutation of the ACGT motif causes a complete loss of expression, while mutation of the G-box causes decreased expression in aerial parts and abolishes expression in roots and induction by environmental factors.