Estudio funcional de factores de transcripción de la familia HD-Zip clase I en Streptophytas y su rol en los mecanismos moleculares en las respuestas al estrés

Abstract

A nivel del genoma, la transición de las plantas a la tierra fue acompañada por un incremento del número de genes que codifican para factores de transcripción (FTs), los cuales son necesarios para regular la expresión génica durante el desarrollo y las respuestas a los estímulos ambientales. Aquí, estudiamos la familia de FTs de HOMEODOMAIN LEUCINE ZIPPER (HDZ). Esta familia desempeña varias funciones que podrían haber sido fundamentales para la evolución de las plantas.En primer lugar, realizamos un análisis filogenético y bioinformático de los genes HDZ utilizando conjuntos de datos transcriptómicos y genómicos en especies de algas y plantas terrestres. Encontramos evidencia de genes HDZ en algas clorofitas y charofitas. Pudimos establecer el origen de cada una de las clases de HDZ y la incorporación progresiva de dominios y motivos auxiliares. Una vez en tierra, la familia HDZ experimentó múltiples eventos de duplicación durante la expansión de las angiospermas y eventos de pérdida en monocotiledóneas de Alismatales. Además, realizamos estudios funcionales del único FT de tipo C1HDZ en la planta hepática modelo Marchantia polymorpha. Para ello, generamos plantas mutantes de pérdida de función en Marchantia y reporteros transcripcionales. En síntesis, demostramos que estas plantas cumplirían un rol en la defensa contra herbívoros mediante la regulación de la diferenciación de células de cuerpos oleosos mientras que no sería importante para las respuestas al estrés abiótico como se demostró previamente en angiospermas. Esto tiene implicancias en la historia evolutiva de esta subfamilia y el rol biológico de los cuerpos oleosos en hepáticas.

The transition from plants to soil was accompanied by an increase in the number of genes that code for transcription factors (TFs) in plant genomes, which are necessary to regulate gene expression during development and responses to stimuli. environmental. Here, we study the HOMEODOMAIN LEUCINE-ZIPPER (HDZ) family of FTs. This family performs several functions that could have been fundamental for the evolution of plants. First, we performed a phylogenetic and bioinformatic analysis of HDZ genes using transcriptomic and genomic datasets in algae and land plant species. We found evidence of HDZ genes in chlorophyte and charophyte algae. We were able to establish the origin of each of the HDZ classes and the progressive incorporation of domains and auxiliary motifs. Once on land, the HDZ family experienced multiple duplication events during angiosperm expansion and loss events in Alismatal monocotyledons. In addition, we performed functional studies of the only C1HDZ-type TF in the liverwort model Marchantia polymorpha. To do this, we generate loss-of-function mutant plants in Marchantia and transcriptional reporters. In summary, we demonstrate that these plants would play a role in defense against herbivores by regulating the differentiation of oil body cells while not being important for responses to abiotic stress as previously demonstrated in angiosperms. This has implications in the evolutionary history of this subfamily and the biological role of oil bodies in liverworts.