Insights into the evolution and function of the Asr gene family

Los genes Asr están presentes en plantas con semilla formando, en general, familias génicas de pocos miembros. Su función precisa es desconocida hasta el momento, pero estudios recientes llevan a pensar que estos genes son factores de transcripción involucrados en la regulación del transporte de azúcares en la planta. En esta tesis hemos analizado la evolución de la familia génica Asr en plantas con semilla con un especial énfasis en el género Lycopersicon (tomates). Encontramos que las relaciones de ortología de las proteínas ASR pueden definirse sólo entre especies cercanas evolutivamente. En un árbol filogenético, las proteínas ASR de tomate y papa forman un cluster consistente, separado de las ASR de otras dicotiledóneas, monocotiledóneas y gimnospermas. Las dos observaciones anteriores pueden explicarse por eventos de evolución concertada y “nacimiento y muerte” de genes. Asimismo, investigamos la evolución de los cuatro Asr en especies silvestres de tomate y pudimos comprobar que Asr1 tiene una evolución más lenta que los otros tres genes, tanto a nivel sinónimo como de reemplazo. Creemos que este patrón se debe a sus altos niveles de expresión y a sus diversas funciones en distintos tejidos de la planta. Además, hemos generado plantas transgénicas de papa (Solanum tuberosum) y tabaco (Nicotiana tabacum) que sobreexpresan o tienen silenciado el gen Asr1. Del análisis de estas plantas podemos concluir que este gen regula los niveles de hexosas en la célula, pero no de otros azúcares. En este sentido, tenemos evidencias que indican que Asr1 estaría directa o indirectamente controlando los niveles de algunos transportadores de hexosas en tejidos “destino”, por lo tanto actuando como regulador de la importación de estos azúcares. Por último, por medio de microscopia de fuerza atómica, observamos el pegado de la proteína ASR1 al ADN. Confirmando evidencia previa, vimos dímeros de ASR1 interaccionando con un ADN doble cadena.Asr genes are present in the genomes of seed plants, in general forming small gene families. Their precise function is currently unknown, but recent reports have suggested that Asr genes encode transcription factors involved in the regulation of sugar mobilization in planta. In this thesis we have analyzed the evolution of the Asr gene family in seed plants and particularly focused in the genus Lycopersicon (tomatoes). We have found that the orthology relations among the members can only be inferred between closely related species. In a phylogenetic tree, ASR proteins from tomato and potato form a consistent cluster, separated from ASRs from other dicots, monocots and gymnosperms. These observations can be explained by events of concerted evolution and “birth and death of genes”. At the same time, we investigated the evolution of the four Asrs in tomato wild species. We could see that Asr1 has a slower evolutionary rate both at synonymous and replacement sites when compared to the other three genes. We think that this pattern is caused by its high expression level and multiple functions in different tissues of the plant. In addition, we generated potato (Solanum tuberosum) and tobacco (Nicotiana tabacum) transgenic plants that overexpress or silence Asr1 gene. From the analysis of these plants we can conclude that this gene is regulating the quantities of hexoses (but not other sugars) in the cells. In this direction, we have evidence supporting that Asr1 would be directly or indirectly involved in controlling the levels of hexose transporters in “sink” tissues, thereby acting as a regulator of hexose uptake. Finally, by means of atomic force microscopy, we observed ASR1 protein bound to DNA. Corroborating previous evidence, we saw ASR1 dimers interacting with double-stranded DNA.Fil:Frankel, Nicolás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina