Regulació gènica de proteïnes de reserva en cereals. Factors de transcripció implicats

Abstract

L'interès de l'estudi de la regulació dels gens de proteïnes de reserva de cereals prové del fet que són gens específics de llavor, amb una expressió lligada al desenvolupament del gra, i molts d'ells mostren una gran eficiència transcripcional. Els patrons d'expressió d'aquests gens suggereixen l'existència de complexes reguladors constituïts per diferents activadors transcripcionals que reconeixen els elements en cis- implicats en la seva expressió. Tot i els nombrosos estudis fets, els mecanismes moleculars implicats es coneixen poc. <br/>A blat de moro, el nostre model d'estudi, les proteïnes de reserva s'acumulen majoritàriament a l'endosperma i, en menor mesura, a l'embrió. A endosperma s'acumulen les zeïnes (les prolamines de blat de moro), mentre que a embrió trobem globulines i oleosines. Tant les zeïnes com les globulines s'acumulen en orgànuls derivats del reticle endoplasmàtic anomenats cossos proteics, mentre que les oleosines s'acumulen en cossos lipídics. <br/>L'interès del nostre grup se centra en el gen gamma-Z, que codifica per una proteïna de reserva d'endosperma, la gamma-zeïna. El gen gamma-Z està present en una o dues còpies per genoma haploide i, en canvi, el seu producte representa fins al 15% del contingut proteic del gra, suggerint una fina regulació gènica.<br/>L'objectiu general d'aquest treball era caracteritzar nous factors de transcripció implicats en la regulació de l'expressió del gen gamma-Z i altres factors reguladors de l'expressió de gens de proteïnes de reserva no específics d'endosperma però també lligats al desenvolupament de la llavor.<br/>Els objectius concrets així com els resultats obtinguts es descriuen breument a continuació:<br/>1) Caracterització funcional del factor proteic PBF com a regulador positiu del gen gamma-Z. Identificació del domini activador de PBF. PBF és un activador transcripcional del promotor del gen gamma-Z i volíem caracteritzar el domini responsable d'aquesta funció mitjançant estudis d'activació per expressió transitòria en endospermes joves de blat de moro. Aquests estudis van revelar que el domini activador de PBF es localitza en el seu domini C-terminal, però que l'activitat d'aquest factor proteic depèn de la seva capacitat d'unió al DNA. <br/>2) Recerca de nous factors de transcripció responsables de l'expressió del gen gamma-Z i implicats en el reconeixement de seqüències presents a la regió proximal del seu promotor: clonatge del gen GAMYB de blat de moro i estudis d'immunolocalització. Caracterització d'aquest factor com a regulador transcripcional del gen gamma-Z. <br/>El gen ZmGAMYB codifica per un factor de transcripció de tipus Myb R2R3, que s'uneix de forma específica a la caixa AACA del promotor del gen gamma-Z i que és capaç d'activar l'expressió d'aquest gen a partir del seu promotor. ZmGAMYB s'expressa específicament a endosperma de blat de moro en desenvolupament, coincidint amb el patró d'expressió de PBF i concordant amb la possibilitat de que reguli l'expressió del gen de la gamma-zeïna. El factor mGAMYB s'acumula a les capes més superficials d'aquest teixit (aleurona i subaleurona).<br/>3) Recerca de nous factors de transcripció implicats en l'expressió de gens de proteïnes de reserva no específiques d'endosperma: clonatge del gen FUSCA3 de blat de moro, estudis d'immunolocalització a gra de blat de moro i posterior caracterització d'aquest factor.<br/>El gen ZmFUSCA3 codifica per un factor de transcripció de tipus B3 i s'expressa majoritàriament a embrió de blat de moro en desenvolupament. El factor mFUSCA3 s'acumula massivament a l'aleurona i a l'embrió, suggerint que sigui un regulador de l'acumulació de productes de reserva en aquests teixits. FUSCA3 és capaç d'unir-se a la caixa RY-like present a la regió proximal del promotor del gen gamma-Z, tot i que de forma poc específica, però no és capaç d'activar l'expressió d'aquest gen a partir del seu promotor.

In cereals, major seed storage proteins are called prolamins and accumulate primarily in the endosperm. Prolamin genes are tissue specific and show high efficiency levels, suggesting tight genetic regulation. <br/>In maize, our model specie, prolamins are accumulated in ER derived structures called protein bodies, whereas other storage proteins such as globulins or oleosins accumulate in the aleurone layer and in the embryo. <br/>The interest of our group resides in the gamma-zein, an endosperm specific storage protein, which constitutes the 15% of the proteic content of the grain, whereas its gen is present in only one or two copies per haploid genome. <br/>The object of the present work was to characterize new transcription factors implicated in seed storage gene expression linked to grain development, especially those involved in gamma-Z gene expression. Specific objectives as well as results achieved are briefly described bellow. <br/>1) Functional characterization of PBF as a positive regulator of gamma-Z gen. PBF is a transcriptional activator of gamma-Z gene and its activation domain is located in the C-terminal region of the protein, but its activity depends on its binding to DNA.<br/>2) New transcription factors involved in gamma-Z gene expression: cloning of GAMYB gene in maize and immunolocazation assays. Characterization of this factor as a transcriptional regulator of gamma-Z gene.<br/>ZmGAMYB encodes a Myb R2R3 transcription factor that specifically binds to the AACA box of the gamma-Z gene promoter and activates gamma-zein expression from this promoter. ZmGAMYB is specifically expressed in maize developing endosperm, as other gamma-Z regulators do. The proteic factor accumulates in the more superficial layers of this tissue (aleurone and subaleurone).<br/>3) New transcription factors related to seed storage gene expression: cloning of FUSCA3 gene in maize, immunolocazation assays and characterization of this factor.<br/>ZmFUSCA3 encodes a B3 transcription factor highly expressed in maize developing embryo. The proteic factor accumulates massively in the aleurone layer as well as in the embryo, suggesting a regulatory role in seed storage products accumulation in these tissues. FUSCA3 binds RY-like motives of the gamma-Z gene promoter, with weak specificity, but does not activate expression from this promoter.