Caracterización molecular de mutantes derivadas del genotipo mutador de cloroplastos de cebada

Abstract

La coordinación de la expresión génica entre los genomas nuclear, plastídico y mitocondrial es de importancia crucial para las células vegetales. Un caso particular de la interacción núcleo-plástido está dado por los genes nucleares mutadores de cloroplasto, que inducen un dramático aumento de la tasa de mutación espontánea del plastoma. En esta tesis se estudió molecularmente el plastoma de cuatro mutantes inducidas por el mutador de cloroplastos de cebada en las que no se observaron cambios mayores, ni en el tamaño, ni en el arreglo génico del plastoma. Sin embargo, no debe descartarse en las mismas la presencia de alteraciones menores, como pequeñas deleciones, duplicaciones o sustituciones. Por otro lado, se hicieron estudios de expresión génica en la lámina de la primera hoja de una de ellas, la línea citoplásmica 2 (LC2) caracterizada por presentar retraso en la traducción plastídica durante embriogénesis, afectando el desarrollo temprano de los cloroplastos. En la base y el ápice LC2 presentó: a) incremento en los transcriptos de las ARN polimerasas plastídica (NEP) y mitocondrial; b) incremento en la acumulación de ARN mensajeros para genes transcriptos por NEP; c) menor acumulación de ARN ribosomales plastídicos; d) menor acumulación de proteínas tilacoidales. La acumulación de la ARN polimerasa plastídica (PEP) fue similar al control, al igual que los patrones de sus transcriptos. Se observó expresión diferencial de Rubisco entre células del mesófilo y de la vaina parenquimática del haz vascular en el ápice de LC2. Mediante parámetros de fluorescencia de clorofila se comprobó la alteración temprana y posterior recuperación de la fotosíntesis en LC2. Los resultados aportan nuevas evidencias sobre la relación entre la traducción plastídica y el desarrollo de los cloroplastos y muestran a LC2 como un material experimental útil para el estudio de la traducción plastídica y del efecto de ésta y de los plástidos sobre la expresión concertada de los distintos genomas de la célula vegetal.

The coordination of gene expression between the nuclear, plastidic and mitochondrial genomes is crucial for plant cells. A particular case of the nuclear-plastid interaction is that of the chloroplast mutator nuclear genes, which dramatically increase the plastome spontaneous mutation rate. In this thesis, the plastome of four mutants induced by the barley chloroplast mutator was characterized at the molecular level. No major changes were observed, either in plastome size or in gene arrangement. However, minor changes like small deletions, duplications or substitutions should not be discarded. Additionally, studies on gene expression along the first leaf blade were carried out in one of the mutants, the cytoplasmic line 2 (CL2). CL2 presents a delay in plastid translation during embryogenesis, affecting early chloroplast development. In the basal and top sections CL2 showed: a) an increase in transcripts levels of plastid (NEP) and mitochondrial RNA polymerases; b) an increase in mRNA accumulation of NEP- transcribed genes; c) lower levels of plastid ribosomal RNAs; d) lower accumulation of thylakoid proteins. The accumulation of plastid RNA polymerase (PEP) in CL2 was similar to that of the control, as were its transcripts patterns. Differential expression of Rubisco was observed between mesophyll and parenchymatous bundle sheath cells in CL2 top. Early photosynthesis impairment and subsequent recovery was determined using chlorophyll fluorescence parameters. Results provide new evidences about the relationship between plastid translation and chloroplast development and show CL2 is a useful material for studying plastid translation and its effect on the concerted expression of different plant cell genomes.