Conservación y divergencia funcional entre miembros de la familia de factores de transcripción HD-Zip. Análisis molecular, evolutivo y de las redes de regulación en las que participan

Abstract

La familia HD-Zip de factores de transcripción (FTs) de plantas está compuesta por proteínas que unen ADN a mediante un homodominio y dimerizan a través de un cierre de leucinas. Los miembros de la subfamilia I están principalmente involucrados en respuestas relacionadas al ABA y reconocen con máxima afinidad la misma secuencia. Sin embargo, generan una variedad de fenotipos cuando son expresados utilizando el promotor 35SCaMV. Para estudiar esta divergencia funcional, se realizó un análisis filogenético y se identificaron 6 clados con regiones C terminales (RCTs) características. Éstas presentaron motivos de activación AHA y sitios putativos de fosforilación y sumoilación. Mediante ensayos de símple híbrido en levaduras se observó la capacidad de transactivar de la RCT de AtHB13. La expresión en Arabidopsis de proteínas quiméricas mostró que estas regiones son funcionalmente divergentes in planta. Por otra parte, se reconstruyó una red de regulación transcripcional involucrando FTs HD-Zip I y II. Se utilizaron microarreglos de tratamientos de estrés abiótico de Arabidopsis, obteniéndose listas de blancos directos putativos para cada FT, llamadas módulos de actividad transcripcional (MATs). Los promotores de los genes de los MATs presentaron elementos ABRE, señalando una potencial regulación cruzada con otros FTs. La coordinación de la expresión en estrés por calor sugirió una participación de los FTs HD-Zip en esta respuesta. La caracterización funcional de los MTAs mostró categorías nuevas y desconocidas para los FTs estudiados. Este trabajo profundiza nuestro conocimiento sobre los mecanismos de acción de los FTs HD-Zip y genera nuevas hipótesis para investigaciones futuras.

The HD-Zip family of transcription factors (TFs) is composed of proteins that bind DNA through a homeodomain and dimerize through a leucine zipper. Subfamily I members are mainly involved in ABA responses and bind the same sequence with maximum affinity. Nonetheless, they generate a variety of phenotypes when expressed under the 35SCaMV promoter. To study the source of this functional divergence, a phylogenetic and functional analysis was performed with 178 proteins, allowing the identification of 6 clades with characteristic C-terminal regions (CTRs) outside the HD-Zip domain. These regions presented AHA activation motifs and putative phosphorylation and sumoylation sites. Yeast-one hybrid assays verified the activation capability of the CTR of AtHB13. The overexpression in Arabidopsis of chimerical proteins from HaHB1 and HaHB4 and their phenotypical analysis showed that these regions are also functionally divergent in planta. The reverse engineering of the transcriptional regulatory networks in which HD-Zip I and II TFs participate was also performed. A dataset involving different abiotic treatments in Arabidopsis was used and lists of putative targets were obtained for each TF, called modules of transcriptional activity (MTAs). The promoters of MTA genes presented ABRE elements, indicating a potential cross-talk with TFs from other families. Coordinated expression of MTA genes was observed under heat stress, suggesting a previously unknown participation of HD-Zip TFs in this stress. The functional characterization of MTA genes revealed new and previously associated categories. This work improves our knowledge on the mechanism of action of HD-Zip TFs and generates new hypothesis for future research.