A edição do RNA pode desempenhar um papel na comunicação cloroplasto-núcleo

A edição do RNA pode desempenhar um papel na comunicação cloroplasto-núcleo

Cientistas da Salk descobrem uma ligação entre a edição de RNA e a comunicação cloroplasto-núcleo que pode ajudar as plantas a se adaptarem a um mundo em mudança

LA JOLLA — Como será um mundo três graus mais quente? Como as plantas se sairão em condições climáticas mais extremas? Ao experimentar estresse ou dano de várias fontes, as plantas usam a comunicação cloroplasto-núcleo para regular a expressão gênica e ajudá-las a lidar com isso.

Agora, os pesquisadores do Salk Institute descobriram que GUN1 – um gene que integra várias vias de sinalização retrógrada de cloroplasto para núcleo – também desempenha um papel importante em como as proteínas são produzidas em cloroplastos danificados, o que fornece uma nova visão sobre como as plantas respondem ao estresse. O jornal foi publicado no Proceedings, da Academia Nacional de Ciências (PNAS) em 15 de abril de 2019 e pode ajudar os biólogos a criar plantas que possam suportar melhor os estressores ambientais.

“A mudança climática tem o potencial de afetar drasticamente nosso sistema alimentar. Quando as plantas estão estressadas, como em uma seca, elas produzem colheitas mais baixas. Se entendermos como as plantas respondem ao estresse, talvez possamos desenvolver uma maneira de aumentar sua resistência e manter alta a produção de alimentos”, diz o professor Salk. Joanne chory, diretor do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Plantas e autor sênior do artigo.

Nas células vegetais, estruturas chamadas cloroplastos convertem a energia da luz solar em energia química (fotossíntese). Normalmente, o núcleo da célula transmite informações aos cloroplastos para manter a produção constante de energia. No entanto, em um ambiente estressante, os cloroplastos enviam um alarme de volta ao núcleo da célula usando sinalização retrógrada (criando um ciclo de feedback de comunicação cloroplasto-núcleo). Este SOS solicita uma resposta que ajuda a regular a expressão gênica nos cloroplastos e no núcleo para otimizar a produção de energia da luz solar.

Anteriormente, o laboratório Chory identificou um grupo de genes, incluindo ARMA1, que influenciam a expressão de outros genes na célula quando a planta sofre estresse. GUN1 se acumula sob condições estressantes, mas a função molecular exata de GUN1 tem sido difícil de decifrar, até agora.

 “As plantas frequentemente experimentam estressores ambientais, então deve haver uma via de comunicação cloroplasto-núcleo que ajude a planta a saber quando conservar energia quando ocorrer uma lesão”, diz Xiaobo Zhao, primeiro autor e pós-doutorado no laboratório de Chory. “O GUN1 acaba tendo um grande papel nisso.”

Para entender como o GUN1 regula a comunicação cloroplasto-núcleo, os cientistas observaram plantas com GUN1 funcional e não funcional sob tratamentos farmacológicos que poderiam danificar os cloroplastos. Em plantas sem GUN1, a expressão do gene mudou, assim como a edição de RNA nos cloroplastos. (A edição do RNA é uma modificação do RNA que altera a identidade dos nucleotídeos, de forma que a informação no RNA maduro difere daquela definida no genoma, alterando as instruções para a produção de proteínas.) Algumas áreas do RNA tiveram mais edição e outras localizações teve menos edição - sugerindo que GUN1 desempenha um papel na regulação da edição de RNA do cloroplasto.

Após uma análise mais aprofundada, a equipe descobriu inesperadamente que o GUN1 se associa a outra proteína, MORF2 (um componente essencial do complexo de edição de RNA da planta), para afetar a eficiência da edição de RNA durante a comunicação cloroplasto-a-núcleo em cloroplastos danificados. A maior atividade de MORF2 levou a alterações de edição generalizadas, bem como a defeitos no desenvolvimento de cloroplastos e folhas, mesmo sob condições normais de crescimento (ver imagem). Durante períodos de estresse e lesões, a superprodução de MORF2 também levou à interrupção da comunicação cloroplasto-núcleo.

“Em conjunto, essas descobertas sugerem uma possível ligação entre a comunicação cloroplasto-núcleo e a edição de RNA do cloroplasto, que são importantes funções reguladoras para plantas com flores, especialmente durante o estresse”, diz Chory, pesquisador do Howard Hughes Medical Institute e titular do Howard H e Maryam R. Newman Chair em Biologia Vegetal.

Em seguida, os pesquisadores planejam examinar o mecanismo de como as alterações de edição de RNA nos cloroplastos ativam sinais que podem ser retransmitidos ao núcleo e como essas modificações alteram a capacidade da planta de responder ao estresse.

Outros autores incluíram Jianyan Huang, um pós-doutorado no laboratório Chory.

O trabalho foi financiado pelo Departamento de Energia dos EUA (DE-FG02-04ER15540) e pelo Howard Hughes Medical Institute.

DOI: 10.1073 / pnas.1820426116