Análise funcional das proteínas desacopladas mitocondriais de plantas utilizando RNA-seq e mutantes de inserção

Abstract

Mitochondrial inner membrane uncoupling proteins (UCP) dissipate the proton electrochemical gradient established by the respiratory chain, thus affecting the yield of ATP synthesis. These proteins play a role in maintaining mitochondrial function and their importance as cellular oxidative stress tolerance component has been demonstrated in several studies performed in vitro and in vivo. In this study, the functional role of plant UCPs was investigated. In a first approach, a transcriptomic analysis of tobacco plants overexpressing the AtUCP1 gene of Arabidopsis thaliana was performed using RNA-seq analysis. The RNA-sequencing generated over a million of reads with 150 base pair on average for each library. From these reads, a set of approximately 34,000 contigs was obtained. A total of 816 differentially expressed genes between transgenic lines and wild-type control was identified. Amongst them, 239 were up-regulated (p≤0,001) and 577 were down-regulated (p≤0,001). In parallel, a gene expression analysis was performed using Arabidopsis insertion mutants for the AtUCP1-3 genes, two of them (atucp2 and atucp3) being characterized in this study. The main purpose was to verify the functionality and the existence of redundancy between the target genes. According to the obtained results, a compensatory expression was observed only in the atucp3 background, in which the AtUCP1 and AtUCP2 genes were induced both in normal physiological conditions and under salt and osmotic stresses

As proteínas desacopladoras (UCPs) são proteínas especializadas no transporte mitocondrial que dissipam o gradiente eletroquímico de prótons gerados na respiração. Essas proteínas desempenham um papel na manutenção da função mitocondrial e sua importância como componente da tolerância celular ao estresse oxidativo tem sido demonstrada em diversos estudos realizados tanto in vitro com em in vivo. No presente estudo, foram realizados dois estudos empregando UCPs de plantas. Numa primeira abordagem foi realizada uma análise do transcriptoma de plantas transgênicas de tabaco que superexpressam o gene AtUCP1 de Arabidopsis thaliana utilizando a técnica de RNA-Seq. Para o RNA-Seq foi gerado de mais de um milhão de reads com 150 pb em média para cada biblioteca testada. A partir desses reads, um conjunto de aproximadamente 34.000 contigs foi obtido. Após as análises foi possível identificar um total de 816 genes diferencialmente expressos entre as linhagens transgênicas e o controle selvagem, sendo 239 genes induzidos (p≤0,001) e 577 reprimidos (p≤0,001). Em paralelo, uma análise de expressão gênica foi empreendida utilizando mutantes de inserção de arabidopsis para os genes AtUCP1-3, dois deles caracterizados no presente estudo (atucp2 e atucp3), com o objetivo de verificar a funcionalidade e redundância entre essas isoformas. Segundo os resultados obtidos, uma possível compensação só foi observada no mutante atucp3 no qual os genes AtUCP1 e AtUCP2 foram induzidos tanto em condições fisiológicas normais como em condições de estresse salino e osmótico