La germinación de semillas es un proceso de desarrollo altamente regulado, particularmente sensible a estreses ambientales como la deshidratación, la salinidad y los desequilibrios hormonales. En este estudio, investigamos el papel de genes relacionados con la autofagia y la respuesta al estrés del retículo endoplasmático (ER) en la germinación de semillas de Arabidopsis thaliana, centrándonos en los genes ATG5 y ATG7. En primer lugar, se definieron las regiones promotoras de AtATG5 y AtATG7 en base al contexto genómico y a los sitios de inicio de transcripción predichos. Análisis filogenómicos en especies de la familia Brassicaceae permitieron identificar ortólogos conservados y revelar la presencia de secuencias no codificantes conservadas en sus regiones promotoras, enriquecidas con elementos cis-regulatorios como cajas G (G-boxes) y motivos de unión a factores MYB, lo que sugiere una regulación transcripcional conservada. Se utilizaron líneas reporteras promotoras (PATG5::uidA y PATG7::uidA) para cuantificar la actividad promotora a lo largo del tiempo durante la germinación, tanto en condiciones control como en presencia de ácido abscísico (ABA). Los ensayos de actividad GUS mostraron que la actividad de los promotores disminuye progresivamente a medida que avanza la germinación, sin diferencias significativas bajo tratamiento con ABA. Estos resultados coinciden con datos transcriptómicos globales y análisis por qPCR previos del laboratorio, lo que sugiere que el fenotipo de hipersensibilidad al ABA observado en las líneas mutantes atg5 y atg7 (datos del grupo) durante la germinación no se debe a cambios en los niveles de expresión génica, sino que podría estar relacionado con la cantidad o la estabilidad de la proteína. Además, el análisis de líneas mutantes gcn2, ire1a/b y las triples mutantes gcn2/ire1a/b presentan diferente sensibilidad al ABA durante la germinación que Col-0, lo que sugiere que la señalización del estrés del retículo endoplasmático podría modular las respuestas al estrés en este proceso. Aún queda por determinar si esto está vinculado con la activación de la autofagia.. En conjunto, nuestros resultados destacan un posible vínculo regulador entre la autofagia, la señalización del estrés en el retículo endoplasmático y las respuestas hormonales durante la germinación de semillas.
ABSTRACT
Seed germination is a tightly regulated developmental process, particularly sensitive to environmental stresses such as dehydration, salinity, and hormonal imbalance. In this study, we investigated the role of autophagy- and ER stress-related genes in the germination of Arabidopsis thaliana seeds, with a focus on the ATG5 and ATG7 genes. We first defined the promoter regions of AtATG5 and AtATG7 based on genomic context and predicted transcription start sites. Phylogenomic analyses across the Brassicaceae family identified conserved orthologs and revealed conserved non-coding sequences in their promoter regions, enriched with cis-regulatory elements such as G-boxes and MYB-binding motifs, suggesting conserved transcriptional regulation. Promoter-reporter lines (PATG5::uidA and PATG7::uidA) were used to quantify temporal promoter activity upon germination in control and ABA conditions. GUS assays showed that promoter activity decreases progressively as germination advances, with no significant differences under ABA treatment. These findings are consistent with previous whole transcriptomic and qPCR data from the host laboratory, suggesting that the ABA hypersensitivity phenotype observed in atg5 and atg7 knock-out mutants during germination is not due to transcriptional level (host lab. data) but may instead be related to altered protein levels or stability. In addition, analysis of gcn2, ire1a/b, and gcn2/ire1a/b knock-out mutants display different ABA-sensitive germination than Col-0, suggesting that endoplasmic reticulum stress signalling could influence responses under stress during germination. Whether this is related to autophagy activation remains to be investigated. Overall, our findings highlight a potential regulatory link between autophagy, ER stress signaling, and hormonal responses during seed germination.
La germinación de semillas es un proceso de desarrollo altamente regulado, particularmente sensible a estreses ambientales como la deshidratación, la salinidad y los desequilibrios hormonales. En este estudio, investigamos el papel de genes relacionados con la autofagia y la respuesta al estrés del retículo endoplasmático (ER) en la germinación de semillas de Arabidopsis thaliana, centrándonos en los genes ATG5 y ATG7. En primer lugar, se definieron las regiones promotoras de AtATG5 y AtATG7 en base al contexto genómico y a los sitios de inicio de transcripción predichos. Análisis filogenómicos en especies de la familia Brassicaceae permitieron identificar ortólogos conservados y revelar la presencia de secuencias no codificantes conservadas en sus regiones promotoras, enriquecidas con elementos cis-regulatorios como cajas G (G-boxes) y motivos de unión a factores MYB, lo que sugiere una regulación transcripcional conservada. Se utilizaron líneas reporteras promotoras (PATG5::uidA y PATG7::uidA) para cuantificar la actividad promotora a lo largo del tiempo durante la germinación, tanto en condiciones control como en presencia de ácido abscísico (ABA). Los ensayos de actividad GUS mostraron que la actividad de los promotores disminuye progresivamente a medida que avanza la germinación, sin diferencias significativas bajo tratamiento con ABA. Estos resultados coinciden con datos transcriptómicos globales y análisis por qPCR previos del laboratorio, lo que sugiere que el fenotipo de hipersensibilidad al ABA observado en las líneas mutantes atg5 y atg7 (datos del grupo) durante la germinación no se debe a cambios en los niveles de expresión génica, sino que podría estar relacionado con la cantidad o la estabilidad de la proteína. Además, el análisis de líneas mutantes gcn2, ire1a/b y las triples mutantes gcn2/ire1a/b presentan diferente sensibilidad al ABA durante la germinación que Col-0, lo que sugiere que la señalización del estrés del retículo endoplasmático podría modular las respuestas al estrés en este proceso. Aún queda por determinar si esto está vinculado con la activación de la autofagia.. En conjunto, nuestros resultados destacan un posible vínculo regulador entre la autofagia, la señalización del estrés en el retículo endoplasmático y las respuestas hormonales durante la germinación de semillas.
ABSTRACT
Seed germination is a tightly regulated developmental process, particularly sensitive to environmental stresses such as dehydration, salinity, and hormonal imbalance. In this study, we investigated the role of autophagy- and ER stress-related genes in the germination of Arabidopsis thaliana seeds, with a focus on the ATG5 and ATG7 genes. We first defined the promoter regions of AtATG5 and AtATG7 based on genomic context and predicted transcription start sites. Phylogenomic analyses across the Brassicaceae family identified conserved orthologs and revealed conserved non-coding sequences in their promoter regions, enriched with cis-regulatory elements such as G-boxes and MYB-binding motifs, suggesting conserved transcriptional regulation. Promoter-reporter lines (PATG5::uidA and PATG7::uidA) were used to quantify temporal promoter activity upon germination in control and ABA conditions. GUS assays showed that promoter activity decreases progressively as germination advances, with no significant differences under ABA treatment. These findings are consistent with previous whole transcriptomic and qPCR data from the host laboratory, suggesting that the ABA hypersensitivity phenotype observed in atg5 and atg7 knock-out mutants during germination is not due to transcriptional level (host lab. data) but may instead be related to altered protein levels or stability. In addition, analysis of gcn2, ire1a/b, and gcn2/ire1a/b knock-out mutants display different ABA-sensitive germination than Col-0, suggesting that endoplasmic reticulum stress signalling could influence responses under stress during germination. Whether this is related to autophagy activation remains to be investigated. Overall, our findings highlight a potential regulatory link between autophagy, ER stress signaling, and hormonal responses during seed germination. Read More
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