Η δυναμική των HSP90 στον έλεγχο της ανάπτυξης στα φυτά

Abstract

The HSP90 system is an abundant and highly conserved molecular chaperone, with key roles in many pathways ranging from cellular homeostasis and signal transduction to development. However, its engagement in developmental pathways is poorly understood in plants. Since there are several members of the Hsp90 gene family, an RNAi approach was employed in Arabidopsis to comprehensively investigate the function of HSP90 proteins in a tissue specific manner. The LFY::HSP90RNAi lines lost their competence to flower suggesting that Hsp90 silencing compromise the regulatory network that controls the timing and/or the ability of flowering. However, short heat-shock treatments alleviated the LFY::HSP90RNA interference and flower-like structures were able to develop into flowers. These Hsp90 knockdown lines exhibited late flowering and were chosen for further analysis. Subsequent generations showed extreme bud and flower phenotypes while flowering time was highly affected in lightdependent manner. Many of the key components of flowering pathways were disturbed. Even though transgenic DNA samples showed modifications on the methylation status of the 5SrRNA sequence and the LFY promoter, perturbed flowering proceeded under normal growing conditions. BiFC and yeast-2-hybrid approaches demonstrated that HSP90s interact with two major flowering pathway integrators, SOC1 and AGL24. These findings reveal that deficiency in the HSP90 chaperone machinery disrupts the reproductive cycle and degrades the epigenetic control. The HSP90 buffering capacity impairment to the point of canalization distortion is discussed.

Το σύστημα των HSP90 πρωτεϊνών αποτελεί ένα άφθονο και υψηλά συντηρημένο σύστημα μοριακού συνοδού, το οποίο διαδραματίζει εξέχοντες ρόλους σε πληθώρα βιολογικών διαδικασιών που κυμαίνονται από την κυτταρική ομοιόσταση και τη μετάδοση σήματος μέχρι την ανάπτυξη. Παρ’ όλα αυτά, η εμπλοκή του στα αναπτυξιακά μονοπάτια των φυτών δεν έχει καταστεί ακόμα πλήρως κατανοητή. Η παρούσα εργασία ασχολείται με το πώς η εξασθένηση της ρυθμιστικής ικανότητας των HSP90 προκαλεί παραμόρφωση στην καναλοποίηση της ανάπτυξης. Στο φυτό Arabidopsis η οικογένεια των HSP90 πρωτεϊνών αποτελείται από αρκετά μέλη. Χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της RNA γονιδιακής αποσιώπησης προκειμένου να καταστεί δυνατή η μελέτη της λειτουργίας των HSP90 πρωτεϊνών σε συγκεκριμένο αναπτυξιακό και ιστοειδικό στάδιο. Οι LFY::HSP90RNAi σειρές έχασαν την ικανότητά τους να ανθίζουν, κατάσταση που δηλώνει ότι η αποσιώπηση των Hsp90 γονιδίων διατάραξε τα ρυθμιστικά δίκτυα που ελέγχουν το χρόνο και/ή την ικανότητα της άνθισης. Όμως, βραχυπρόθεσμες εφαρμογές θερμικών σοκ ανέστρεψαν την LFY::HSP90RNA αποσιώπηση και σε ορισμένεις σειρές οι ανθόμορφες δομές που σχηματίστηκαν μπόρεσαν να εξελιχθούν σε άνθη. Αυτές οι LFY::HSP90RNAi σειρές επιλέχτηκαν για περαιτέρω ανάλυση. Οι επικείμενες γενιές παρουσίασαν εξαιρετικά δραματικούς φαινότυπους τόσο στα κλειστά όσο και στα ανοιχτά άνθη. Επίσης, η εφαρμογή διαφόρων συνθηκών φωτοπεριόδου επηρέασε εξαιρετικά το χρόνο άνθισης. Πολλά από τα βασικά συστατικά των μονοπατιών της άνθισης διαταράχθηκαν. Αν και τα απομονωμένα DNA δείγματα από τις διαγονιδιακές σειρές έδειξαν τροποποιήσεις στο πρότυπο μεθυλίωσης των φυτών τόσο στην 5SrRNA ακολουθία όσο και στον LFY προαγωγέα, η άνθιση, παρ’ ότι διαταραγμένη, προάγεται κάτω από κανονικές συνθήκες ανάπτυξης. Οι τεχνολογικές προσεγγίσειςτων BiFC και yeast-2-hybrid απέδειξαν ότι οι HSP90s αλληλεπιδρούν με δύο κυρίαρχους ρυθμιστές και μεσολαβητές της άνθισης, SOC1 and AGL24. Τα ευρήματα αυτά αποκαλύπτουν ότι η ανεπάρκεια του συστήματος του HSP90 μοριακού συνοδού διασπά των αναπαραγωγικό κύκλο των φυτών και αλλοιώνει τον επιγενετικό έλεγχο.