Factores de transcripción vegetales de la familia HD-Zip: hacia la comprensión de las diferencias funcionales entre los distintos miembros a través de un análisis molecular. Estudio particular del gen AtHB1 de Arabidopsis thaliana

Abstract

Las proteínas HD-Zip son factores de transcripción (FT) exclusivos de plantas, que se clasifican en cuatro subfamilias. Los miembros de la subfamilia I se asocian principalmente a respuestas de estrés abiótico. La caracterización funcional de varios miembros indicó que cumplen un papel en diferentes vías de transducción de señales, aun cuando sus patrones de expresión son similares y unen la misma secuencia blanco de ADN. Un análisis bioinformático reveló la existencia de motivos conservados por fuera del dominio HD-Zip, que incluyen motivos putativos de transactivación. Demostramos que AtHB1, AtHB7, AtHB12 y AtHB13 presentan diferentes grados de actividad transcripcional en plantas y levaduras, y que el segmento proteico necesario para tal activación es distinto entre estas proteínas. Además, estos TFs interaccionan diferencialmente con TBP2 y TFIIB. Por otro lado, AtHB1 es un HD-Zip I descripto como un activador transcripcional con función desconocida, por lo que investigamos su función en el desarrollo vegetal. AtHB1 se expresa principalmente en los hipocotilos y las raíces, y en plántulas se induce en condiciones de día corto. Demostramos que este FT actuaria corriente abajo de PIF1 para regular la expresión de proteínas relacionadas al crecimiento, promoviendo de esta forma la elongación celular del hipocotilo, especialmente en respuesta a fotoperiodos de día corto. Finalmente, la región 5 no codificante regula negativamente la expresión de AtHB1 e inhibe la traducción inducida por etileno de este FT, que a su vez tendría un papel negativo en la promoción por etileno del crecimiento del hipocotilo en luz.

Homeodomain-leucine zipper (HD-Zip) proteins are transcription factors (TF) unique to plants, classified in four subfamilies. Subfamily I members have been mainly associated to abiotic stress responses. The functional characterization of several members indicated that they take part in different signal transduction pathways even when their expression patterns are similar and they have high binding affinity for the same DNA sequence. A recent bioinformatic analysis revealed the existence of conserved motifs outside the HD-Zip domain, including putative transactivation motifs. We demonstrated that AtHB1, AtHB7, AtHB12 and AtHB13 exhibited activation activities in yeast and plants but with different degrees, and the protein segment necessary for such activation is different for these proteins. Furthermore, these TFs differentially interact with TBP2 and TFIIB. Their differential activation ability significantly contributes to the functional divergence presented by these HD-Zip I proteins, and together with their expression patterns, these differences could explain, at least in part, such functional divergence. Furthermore, AtHB1 is a HD-Zip I TF described as a transcriptional activator with unknown function and its role in Arabidopsis thaliana development was investigated. AtHB1 is mainly expressed in hypocotyls and roots and up-regulated in seedlings grown under a short-day photoperiod. We demonstrated that this TF would act downstream of PIF1 to regulate growth-related proteins expression, thus promoting hypocotyl cell elongation, especially in response to short-day photoperiod. Finally, a conserved 5 UTR negatively regulates AtHB1 expression and inhibits ethylene-translation induction of this TF, which in place would be playing a negative role in ethylene-promoted hypocotyl growth in light.