Análise transcriptômica de genes e LTR retrotransposons em arroz (Oryza sativa ssp. japonica) em resposta à toxidez por ferro

A toxidez por ferro em plantas esta associada com a presenca de grandes concentracoes de ferro (Fe) reduzido (Fe2+) na solucao do solo, esta condicao pode ocorrer em solos irrigados por inundacao. Os sintomas de toxidez por ferro incluem estresse oxidativo nas folhas como resultado do excesso de Fe2+ absorvido pelas raizes, resultando em perdas na produtividade. As respostas das plantas as condicoes de estresse envolvem a percepcao dos estimulos, transducao de sinais e ativacao da transcricao genica. Alem da expressao genica, os LTR retrotransposons (Long Terminal Repeat Retrotransposons) que respresentam cerca de 20% do genoma do arroz, podem ser transcricionalmente ativados em condicoes de estresse e desta forma, influenciar a expressao de genes adjacentes (por exemplo devido a alteracoes na estrutura da cromatina). Este estudo teve por objetivo identificar genes e LTR retrotransposons diferencialmente expressos em plântulas de arroz (Oryza sativa ssp. japonica cv. Nipponbare), apos quatro dias de exposicao ao excesso de ferro em solucao nutritiva. A expressao diferencial de genes e LTR retrotransposons foi analisada utilizando a tecnica de microarranjo e sua validacao foi realizada por meio de RT-qPCR. O RNA total foi extraido de folhas de plântulas de arroz cv. Nipponbare, apos quatro dias de cultivo em solucao nutritiva adicionada de ferro na concentracao de 7 mM (FeSO47H2O) (presenca de toxidez) e a condicao controle com presenca de ferro na concentracao de 10 μM. O cDNA fita dupla foi sintetitizado a partir do RNA mensageiro. A hibridizacao foi realizada entre o cDNA das duas condicoes em triplicatas biologicas e o microarranjo Rice Transposome Array v. 2.0 (Roche/NimbleGen technology, an improvement of v.1.0, Picault et al., 2009). Os valores de intensidade de cada spot foram normalizados, transformados e comparados pelo teste T Bayesiano. A identificacao dos genes e LTR retrotransposons foi realizada de acordo com o banco de dados RAP-DB (Rice Annotation Project Database, build 5). Considerando log2 FC (log2-fold-change) ≤ -1 como subexpressao e ≥ 1 como superexpressao e P≤ 0.05 para ambas condicoes. Foram identificados 44 genes subexpressos e 1.572 superexpressos com funcoes descritas. Os genes subexpressos desempenham a uma vasta gama de funcoes. Entre elas destacam-se: 166 genes que sao fatores de transcricao, sendo que os mais representativos pertencem a familia Zinc finger RING/FYVE/PHD-type family (22 genes) e WRKY (19 genes); outros genes da familia das cinases que participam tambem da sinalizacao celular em processos biologicos de fosforilacao de aminoacidos nas proteinas (86 genes); outros genes com funcao molecular de ligacao ao ion ferro (56 genes); 26 genes envolvidos na resposta ao estresse oxidativo (scavengers de especies reativas de oxigenio); 84 genes com funcao molecular de transporte, incluindo quatro genes relacionados ao transporte e detoxificacao de metais pesados e quatro genes da familia MATE; 14 genes envolvidos em apoptose, incluindo 10 genes NB-ARC. Entre os genes superexpressos, 435 apresentam pelo menos um elemento regulatorio de acao cis responsivo ao acido abscisico (ABA) com ocorrencia significativa (P≤0,05) em sua regiao promotora (1 kbp a montante do sitio de inicio da transcricao). Estes dados indicam que cerca de 28% dos genes superexpressos podem ser regulados pelas alteracoes no conteudo de ABA nas folhas, em resposta ao estresse por excesso de ferro. Considerando a expressao do LTR retrotransposons, 302 apresentaram subexpressao (53 Ty1/Copia, 172 Ty3/Gypsy e 77 nao classificados), e 4.342 apresentaram superexpressao (466 Ty1/Copia, 2276 Ty3/Gypsy e 1600 nao classificados). Foi constatada grande atividade transcricional dos LTR retrotransposons em resposta a toxidez por ferro, sendo que a transcricao dos LTR retrotransposons pode se estender as suas regioes flanqueadoras 5 e 3 , alem disso foram encontradas 16 ocorrencias em que o LTR retrotransposon e o gene superexpresso estao localizados a uma distância menor do que 1000 pares de bases no mesmo cromossomo, sugerindo co-transcricao entre ambos. Entre as 16 ocorrencias, oito em que o LTR retrotransposon e o gene apresentam o mesmo sentido de transcricao (plus); cinco ocorrencias com mesmo sentido de transcricao (minus) e uma ocorrencia onde LTR retrotrotransposon e gene apresentam sentidos de transcricao opostos. Foram observadas ainda, duas ocorrencias em que as sequencias de DNA do LTR retrotransposon e do gene superexpressos estao sobrepostas, e apresentam o mesmo sentido de transcricao.estresse oxidativo (scavengers de especies reativas de oxigenio); 84 genes com funcao molecular de transporte, incluindo quatro genes relacionados ao transporte e detoxificacao de metais pesados e quatro genes da familia MATE; 14 genes envolvidos em apoptose, incluindo 10 genes NB-ARC. Entre os genes superexpressos, 435 apresentam pelo menos um elemento regulatorio de acao cis responsivo ao acido abscisico (ABA) com ocorrencia significativa (P≤0,05) em sua regiao promotora (1 kbp a montante do sitio de inicio da transcricao). Estes dados indicam que cerca de 28% dos genes superexpressos podem ser regulados pelas alteracoes no conteudo de ABA nas folhas, em resposta ao estresse por excesso de ferro. Considerando a expressao do LTR retrotransposons, 302 apresentaram subexpressao (53 Ty1/Copia, 172 Ty3/Gypsy e 77 nao classificados), e 4.342 apresentaram superexpressao (466 Ty1/Copia, 2276 Ty3/Gypsy e 1600 nao classificados). Foi constatada grande atividade transcricional dos LTR retrotransposons em resposta a toxidez por ferro, sendo que a transcricao dos LTR retrotransposons pode se estender as suas regioes flanqueadoras 5 e 3 , alem disso foram encontradas 16 ocorrencias em que o LTR retrotransposon e o gene superexpresso estao localizados a uma distância menor do que 1000 pares de bases no mesmo cromossomo, sugerindo co-transcricao entre ambos. Entre as 16 ocorrencias, oito em que o LTR retrotransposon e o gene apresentam o mesmo sentido de transcricao (plus); cinco ocorrencias com mesmo sentido de transcricao (minus) e uma ocorrencia onde LTR retrotrotransposon e gene apresentam sentidos de transcricao opostos. Foram observadas ainda, duas ocorrencias em que as sequencias de DNA do LTR retrotransposon e do gene superexpressos estao sobrepostas, e apresentam o mesmo sentido de transcricao.