The transcription factor AtbZIP63 as a integrator of energetic signals and biotic/abiotic stresses

Orientador: Michel Georges Albert VincentzTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: A manutenção do balanço energético em plantas é de crucial importância para a otimização de seu crescimento e desenvolvimento em resposta às condições sempre flutuantes do meio. A energia obtida através da fotossíntese deve ser utilizada parcimoniosamente e dividida entre crescimento, desenvolvimento, armazenamento e respostas a estresses bióticos e abióticos. Entender como a energia é canalizada para cada um destes processos e como os diversos sinais ambientais e metabólicos são integrados é de vital importância para a compreensão dos mecanismos que permitem o sucesso reprodutivo das plantas mesmo frente a condições ambientais adversas. Os fatores reguladores de transcrição desempenham um papel importante como pontos de convergência de vias de sinalização distintas e regulam a expressão dos conjuntos de genes mais adequados para cada combinação de sinais, permitindo uma resposta equilibrada diante de desafios muitas vezes concomitantes. Neste trabalho, mostramos que o fator de transcrição de Arabidopsis thaliana AtbZIP63, o qual pertence a família bZIP e é um mediador das respostas a carência energética induzidas pela quinase KIN10, é reprimido a curto prazo (2h e 4h) pela hexose glicose e o hormônio ácido abscíssico (ABA). A repressão da expressão de AtbZIP63 por 2% de glicose é independente da atividade sensora de glicose da enzima Hexokinase 1 (HXK1) e não envolve mudanças nos níveis endógenos de ABA, um mediador das respostas a glicose. No entanto, o ABA é capaz de modular a amplitude da resposta de AtbZIP63 a glicose. ABA e glicose interagem de maneira sinérgica para repressão da expressão de AtbZIP63 e esta interação envolve mecanismos de regulação pós-transcricionais. Análises em escala genômica de diferenças de perfis transcricionais entre mutantes para AtbZIP63 e seus respectivos genótipos selvagens foram desenvolvidas para identificar os genes alvos de AtbZIP63 e definir a rede de regulação da qual AtbZIP63 participa. A classificação funcional dos 280 e 348 genes desregulados nos mutantes por inserção de T-DNA atbzip63-1 e atbzip63-2, respectivamente, sugere que AtbZIP63 está envolvido na regulação de genes relacionados as respostas à carência energética, síntese e resposta a hormônios, estresses abióticos e bióticos e ciclo circadiano, provavelmente modulando o uso equilibrado de energia em resposta aos desafios ambientais. Baseado na observação de que os mutantes para AtbZIP63 apresentam diversos genes relacionados a respostas contra estresses bióticos, avaliamos a resposta dos mutantes atbzip63-1 e atbzip63-2 a patógenos usando o patossistema Arabidopsis-Pseudomonas O mutante atbzip63-1 é mais resistente a infecção com o fitopatógeno Pseudomonas syringae pv tomato DC3000, mostrando seu envolvimento nas respostas a estresse biótico. O mutante atbzip63-2 apresenta atraso de crescimento quando cultivado em condições limitantes de energia, sugerindo sua participação também no crescimento/desenvolvimento de Arabidopsis nestas condições. A busca de proteínas interatoras de AtbZIP63 utilizando o sistema de duplo híbrido em levedura (Y2H) revelou genes relacionados a degradação de proteínas sugerindo que controle da estabilidade da proteína de AtbZIP63. Em conjunto, os resultados apresentados neste trabalho sugerem que AtbZIP63 é um nó de integração entre diferentes vias de sinalização para modular o crescimento e desenvolvimento de Arabidopsis de acordo com diversos sinais ambientaisAbstract: The maintenance of energy balance in plants is crucial to optimize their growth and development in response to ever changing environment. The energy obtained through photosynthesis must be used sparingly and divided between growth, development, storage, and responses to biotic and abiotic stresses. Understand how energy is channeled to each of these processes and how the environmental and metabolic signals are integrated have a vital importance to understanding the mechanisms by which plants reach the reproductive success even in adverse environmental conditions. Transcription factors play an important role as convergence points of several signaling pathways and regulate the expression of sets of genes most appropriate for each signal combination. We show that the transcription factor AtbZIP63 from Arabidopsis thaliana, which belongs to the bZIP family and mediates partially the response to energy deprivation induced by kinase KIN10, is repressed in short-term treatments (2h and 4h) with glucose and hormone absicisic acid (ABA). The repression of AtbZIP63 by 2% glucose is independent of the glucose sensing activity of the enzyme Hexokinase 1 (HXK1) and does not involve changes in endogenous ABA levels, a mediator of glucose responses. However, ABA modulates the amplitude of AtbZIP63 responses to glucose. ABA and glucose interact synergistically to repress AtbZIP63 mRNA accumulation and that this interaction involves post-transcriptional mechanisms. Genomic scale transcriptional profile comparison between AtbZIP63 mutants and their respective wild-type genotypes have been developed to identify target genes and the regulatory context which AtbZIP63 is involved. The functional classification of 280 and 348 misregulated genes in T-DNA insertion mutants atbzip63-1 and atbzip63-2, respectively, suggests that AtbZIP63 regulates genes involved in responses to energy starvation, synthesis and hormone response, biotic and abiotic stress, and circadian clock, probably by modulating the energy usage in response to environmental challenges. Based on the observation that the AtbZIP63 mutants have several misregulated genes related to responses to biotic stress, we evaluated the response of atbzip63-1 and atbzip63-2 to pathogens using the Arabidopsis-Pseudomonas pathosystem. The atbzip63-1 mutant is more resistant to infection with the pathogen Pseudomonas syringae pv tomato DC3000, showing their involvement in responses to biotic stress. The atbzip63-2 mutant has arrested growth in energy-limiting conditions, also suggesting its participation in the growth / development of Arabidopsis under these conditions. A searching for interacting proteins of AtbZIP63 using Yeast Two-Hybrid (Y2H) system revealed proteins related to protein degradation and suggests stability control of AtbZIP63 protein. Together, the results presented here suggest that AtbZIP63 is an integration node of different signaling pathways and modulates growth and development of Arabidopsis under different environmental conditionsDoutoradoGenetica Vegetal e MelhoramentoDoutor em Genetica e Biologia Molecula