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Type: TESE DIGITAL
Title: Regulação epigenética do neogene Qua-Quine Starch durante o desenvolvimento de Arabidopsis thaliana e o impacto no metabolismo de amido
Title Alternative: Epigenetic regulation of the Qua-Quine Starch neogene during Arabidopsis thaliana development and its impact on starch metabolism
Author: Oliveira, Raphael Ricon de, 1983-
Advisor: Vincentz, Michel Georges Albert, 1958-
Abstract: Resumo: Metilação do quinto carbono da citosina do DNA é uma marca epigenética que pode afetar a expressão gênica. A regulação de perfis de metilação é importante para o desenvolvimento normal das plantas sendo crítica para o silenciamento de transposons, imprinting, gametogênese e o desenvolvimento inicial do embrião. Entretanto, como metilações de sequências regulatórias em cis afetam a interação entre o DNA e fatores em trans associados ao desenvolvimento para modular a expressão gênica é ainda pouco compreendida. Qua-Quine Starch (QQS) é um gene órfão de Arabidopsis thaliana que existe sob diversas formas epialélicas estavelmente herdadas e com níveis de expressão correlacionados inversamente com os níveis de metilação em seu promotor e 5¿UTR. Por meio de análises da expressão do gene marcador GUS sob o controle da sequência do promotor e da região 5¿UTR de QQS em linhagens transgênicas de Arabidopsis, inferimos o potencial de expressão de QQS nos vários órgãos e várias fases do desenvolvimento. A atividade GUS foi detectada em meristemas, folhas jovens de roseta e no pólen onde uma reprogramação epigenética deste gene foi descrita. Epialelos contrastantes de QQS apresentaram expressão diferencial ao longo do desenvolvimento. O epialelo QQS metilado (QQSme) possui diferenças marcantes de expressão entre folhas, tecidos da inflorescência e fruto, enquanto o epialelo demetilado Col*3-2 apresenta uma expressão mais homogênea entre esses vários órgãos. Estes resultados indicam que o grau de metilação das sequências regulatórias de QQS interage com fatores associados ao desenvolvimento para estabelecer o perfil de expressão deste gene. A expressão de QQSme aumenta durante o processo de envelhecimento das folhas e foi correlacionada a uma demetilação no lócus. Levantamos a hipótese de que o perfil de metilação de QQSme poderia sofrer uma reprogramação durante o desenvolvimento das folhas a partir do meristema vegetativo. Tal reprogramação poderia ocorrer de maneira ativa, mediada pela DNA glicosilase ROS1, ou passiva, como consequência da ausência ou falha do mecanismo de manutenção do padrão de metilação durante ciclos de replicação celular. De acordo com isso, mostramos que expressão de QQSme é baixa em amostras enriquecidas com células meristemáticas e aumenta gradativamente com a idade das folhas e uma redução dos níveis de metilação de QQSme foi observada em folhas mais velhas. Em alguns órgãos foram encontradas variações nos níveis de expressão de QQS não correlacionadas a variações nos níveis de metilação. Assim, os resultados também mostram que além da metilação outros fatores trans associados ao desenvolvimento são necessários para modular a expressão de QQS. O processo de demetilação de QQSme em folhas velhas não é totalmente dependente de ROS1. Porém, os níveis e padrão de expressão de QQS em mutantes ros1 são diferentes de plantas wild-type e uma análise da expressão de QQS numa população F2 resultante da autofecundação de um híbrido entre wild-type e o mutante ros1-4 revelaram que ROS1 aparentemente regula a expressão global de QQS. Dessa forma, as metilações do DNA parecem atuar como sinalizadores de sítios de ligação para fatores trans e ROS1 pode ser importante para regular e/ou definir estados epialélicos de QQS. Além disso, durante o desenvolvimento reprodutivo a expressão de QQS é detectada no pólen e correlaciona com a demetilação ativa de seu lócus mediada por DEMETER reforçando o fato de que QQS é um alvo de DNA glicosilases. Durante o desenvolvimento vegetativo QQS é descrito como um regulador negativo do metabolismo de amido. De acordo com isso, verificamos que plantas carregando epialelos QQS contrastantes acumulam diferentes quantidades de amido

Abstract: DNA methylation of the fifth carbon of cytosine is an epigenetic mark that may affect gene expression. The regulation of methylation profiles is important for normal plant development being critical for transposon silencing, imprinting, gametogenesis and early embryo development. However, how methylation of cis regulatory sequences affect the interaction between DNA and developmental associated trans factors to modulate gene expression is poorly understood. Qua-Quine Starch (QQS) is an orphan gene of Arabidopsis thaliana which exhibits several epiallelic forms stably-inherited and their expression levels correlate inversely with the methylation levels at the promoter and 5¿UTR. Through the expression analyses of the GUS reporter gene under the control of a QQS promoter sequence and QQS 5¿UTR in Arabidopsis transgenic lines, we inferred the potential of QQS expression in various organs and at several developmental stages. The GUS activity was detected in meristems, young rosette leaves and pollen where an epigenetic reprogramming of this gene has been described. Contrasting QQS epialleles presented different expression patterns during development. The methylated QQS epiallele (QQSme) showed more pronounced expression differences between leaves, inflorescence tissues and fruit, whereas the demethylated Col*3-2 epiallele presented a more homogeneous expression between this various organs. These results indicate that the methylation level of QQS cis regulatory sequence interacts with developmental-related factors to establish the expression profile of this gene. QQSme expression increases during aging of leaves and was correlated with demethylation. We hypothesized that the QQSme methylation profile could be reprogrammed during leaf development starting from the shoot apical meristem. Such process could be controlled by the DNA glycosilase ROS1, or be passive, as a consequence of the absence or failure in the maintenance mechanisms of the methylation pattern during cell replication. Accordingly, we showed that the QQSme expression is low in samples enriched in meristematic cells and increases progressively with leaf aging and reduction of QQSme methylation levels was observed in older leaves. In some organs, QQS expression variations not correlated with variation in the methylation levels were found. Thus, the results indicate that in addition to DNA methylation developmental associated trans factors are also necessary to modulate QQS expression. The demethylation process of QQSme in old leaves is not totally dependent upon ROS1. However, the levels and pattern of QQS expression in ros1 mutants are different from those in wild-type plants and the analysis of a segregating F2 population coming from selfing of a hybrid between the wild-type and ros1-4 mutant revealed that ROS1 regulates the global expression level of QQS. Therefore, DNA methylation seems to act as traffic lights of binding sites to the trans factors and ROS1 may be important to regulate and/or define QQS epiallelic states. Furthermore, during the reproductive development the expression of QQS is detected in the pollen and correlates with the active demethylation of its locus mediated by DEMETER, which reinforces the fact that QQS is a target of DNA glycosilases. During vegetative development QQS has been described as a negative regulator of starch metabolism. We verified that plants carrying contrasting QQS epialleles accumulate different starch quantities
Subject: Metilação de DNA
Arabidopsis thaliana
Epigenética
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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