PIF3 (phytochrome•interaeting factor 3) and Circadian Clock interaction in the regulation of plant growth

Abstract

Arabidopsis thaliana seedling growth and development is influenced by both external (such as light and temperature) and internal (like hormones or circadian clock) factors. In short-day (SD) growing conditions, it is known that both light and clock have a pivotal role in the regulation of hypocotyl elongation, as mutations in members of the two pathways result in altered lengthening of the hypocotyl. The main objective of the thesis was to determine the function of PIF transcription factors, as light-signaling pathway intermediates, in the regulation of hypocotyl elongation of SD-grown seedlings, together with the possible interplay between them and TOC1 protein, a central component of the circadian clock. Phenotypic and molecular data obtained along the thesis allowed us to conclude that PIF1 and PIF3 proteins, together with the other members PIF4 and PIF5 which had previously been related with the process, act as positive regulators of hypocotyl growth at the end of the dark period in SD conditions. Moreover, several phenotypic studies, gene expression and protein accumulation analysis, together with chromatin immunoprecipitation assays performed in multiple combinations of PIFs and TOC1 mutants allows us to determine that there is a previously unknown direct crosstalk point between light and circadian clock in the regulation of hypocotyl elongation. Together, the work indicates the existence of a new regulatory mechanism by which clock gates hypocotyl elongation at the end of the dark period in SD-grown seedlings by repressing the transcriptional activity of PIF3 protein during the rest of the night.

El desenvolupament i creixement de plàntules d’Arabidopsis thaliana està influenciat tant per factors ambientals, com la llum o la temperatura, com per factors interns, com per exemple les hormones o el rellotge circadià. Es coneix que, en condicions de dia curt (cicles de 8h de llum i 16h de foscor), tant la llum com el rellotge circadià realitzen un paper clau en la regulació de l’elongació de l’hipocòtil ja que mutacions en components de les dues vies tenen com a conseqüència alteracions en la llargada d’aquest òrgan.

L’objectiu principal d’estudi en aquesta tesi ha estat determinar la funció dels factors de transcripció PIF, intermediaris de la via de senyalització lumínica, en la regulació de l’elongació de l’hipocòtil en plàntules crescudes en dia curt i la connexió que existeix entre aquestes proteïnes i la proteïna TOC1, component central del rellotge circadià.

Les dades fenotípiques i moleculars obtingudes al llarg de la tesi ens han permès concloure que les proteïnes PIF1 i PIF3, conjuntament amb PIF4 i PIF5 les quals ja havien estat prèviament involucrades en el procés, actuen com a reguladors positius de l’elongació de l’hipocòtil al final del període de foscor en condicions de dia curt. A més, diferents estudis fenotípics i anàlisis genòmics i bioquímics, conjuntament amb experiments d’immunoprecipitació de la cromatina, realitzats en diferents combinacions de mutants PIFs i TOC1 han permès determinar que existeix un nou punt de relació directa entre la llum i el rellotge circadià en la regulació de l’elongació de l’hipocòtil. Aquest treball ha permès demostrar l’existència d’un nou mecanisme de regulació pel qual el rellotge circadià restringeix el creixement de l’hipocòtil just al final del període de foscor en plàntules crescudes en condicions de dia curt. Tal mecanisme regulatori es basa en la repressió feta per la proteïna TOC1 sobre l’activitat transcripcional de la proteïna PIF3 durant la primera meitat del període de foscor.