Identificación y caracterización funcional del complejo nuclear de proteínas LSM de "Arabidopsis thaliana" en la respuesta de aclimatación a las temperaturas bajas

Resumen

Las plantas son organismos sésiles y han desarrollado mecanismos para adaptarse a cambios desfavorables del medio, como las temperaturas bajas que limitan su distribución geográfica y afectan negativamente al rendimiento de los cultivos. Las plantas originarias de regiones templadas han desarrollado un proceso adaptativo, denominado aclimatación a las temperaturas bajas, mediante el cual aumentan su tolerancia a las temperaturas de congelación, tras una exposición previa a temperaturas entre 0o y 10oC.El proceso de aclimatación a las temperaturas bajas es muy complejo y está caracterizado por numerosos cambios fisiológicos y moleculares. Uno de los principales cambios que se producen es una extensa remodelación del transcriptoma. Se han identificado reguladores transcripcionales del proceso de aclimatación y en los últimos años se están describiendo nuevos mecanismos de regulación de la expresión génica a nivel postranscripcional, traduccional y postraduccional. Las proteínas LSMs pertenecen a una gran familia implicada en el metabolismo del RNA. En humanos y levaduras, se han descrito 3 complejos, dos nucleares (SM y LSM2-LSM8) que unen U snRNAs y participan en el splicing de pre-mRNAs, y uno citoplásmico (LSM1-LSM7) que une mRNAs marcándolos para su degradación. Estas proteínas, sin embargo, no habían sido caracterizadas funcionalmente en plantas. La identificación de un gen de Arabidopsis inducible por frío que codificaba la proteína LSM2 nos incitó a estudiar la función del complejo nuclear LSM2-LSM8, caracterizado por la proteína LSM8, en el proceso de aclimatación.La localización subcelular de LSM8 y experimentos de BiFC indican que en Arabidopsis se forma un complejo LSM2-LSM8 de localización nuclear como en humanos y levaduras. Análisis con mutantes nulos para LSM8 ha permitido determinar que LSM8 es esencial para la formación del complejo nuclear LSM2-LSM8. El análisis de la estabilidad del U6 snRNA y los resultados de hibridaciones de micromatrices de genoma completo tipo tiling de mutantes de pérdida de función lsm8 indican que, el complejo LSM2-LSM8 de Arabidopsis estabiliza el U6 snRNA y participa en el splicing de pre-mRNAs.La ausencia de LSM8 causa alteraciones en el desarrollo de Arabidopsis, indicando que el complejo nuclear es esencial para el mismo. El complejo LSM2-LSM8 es necesario para que se produzca una correcta expresión de genes implicados en desarrollo mediante el control del splicing de mRNAs durante todo el ciclo de vida de Arabidopsis.La determinación de la tolerancia a la congelación de las plantas deficientes en LSM8 reveló que el complejo LSM2-LSM8 es un regulador negativo de la aclimatación a las temperaturas bajas, pero no está implicado en la tolerancia constitutiva de Arabidopsis a las heladas. Los resultados de las hibridaciones de micromatrices tipo tiling con RNAs de plantas expuestas a 4oC muestran que este complejo es necesario para el correcto splicing de genes regulados por temperaturas bajas. Entre estos genes se encuentran reguladores transcripcionales que se ha descrito que modulan la expresión génica durante el proceso de aclimatación, y también genes que codifican componentes del cloroplasto. El análisis de las micromatrices tipo tilingtambién muestra que el complejo nuclear LSM2-LSM8 controla la expresión de genes de respuesta a frío que codifican, entre otros, factores transcripcionales, proteínas de respuesta a estrés de la mitocondria, componentes de los fotosistemas, y otros reguladores del proceso de aclimatación. Nuestros resultados, por tanto, establecen un nuevo mecanismo de control postranscripcional de la expresión génica durante el proceso de aclimatación a las temperaturas bajas.