Aislamiento y caracterización de un gen tipo Dehidrina en cactáceas y estudio de su expresión en Mammillaria bombycina

Abstract

Las proteínas abundantes de la embriogénesis tardía (LEA) del grupo 2 o dehidrinas juegan un rol muy importante en la respuesta y adaptación a diferentes tipos de estrés abiótico como la deshidratación, alta salinidad y bajas temperaturas. Utilizando la técnica de PCR identificamos tres fragmentos de genes que codifican para proteínas tipo dehidrina en las especies de cactáceas Opuntia ficus-indica (OpfiDHN-like), Leuchtenbergia principis (LepDHN-like) y Mammillaria bombycina (MabDHN-like). El análisis bioinformático de las secuencias mostró entre el 96 y 97% de identidad con el gen OpsDHN1 (dehidrina 1) de Opuntia streptacantha, demostrando que los fragmentos amplificados corresponden a secuencias de genes tipo dehidrina y que los oligonucleótidos diseñados fueron efectivos para amplificar genes similares en diferentes géneros de cactáceas. El alineamiento múltiple de aminoácidos de OpfiDHN-like, LepDHN-like y MabDHN-like mostró que poseen tres repeticiones del segmento K conservado, así como un motivo rico en histidinas que probablemente tiene diferencias evolutivas en las subfamilias Opuntioideae y Cactoideae de la familia Cactaceae. Así mismo, se observó que cada una de estas secuencias parciales de aminoácidos corresponden a proteínas ácidas, altamente hidrofílicas y desordenadas, las cuales son características de las proteínas tipo dehidrina. El análisis filogenético usando máxima parsimonia, indica que las proteínas tipo dehidrina de las cactáceas son monofiléticas, así como las dehidrinas de otras familias de plantas. Por otro lado, se seleccionó el gen MabDHN de M. bombycina para realizar un análisis de expresión mediante la técnica de RT-qPCR. Se interactuó M. bombycina con diferentes tipos de estrés, encontrando que hay una sobreexpresión del gen ante estrés por congelamiento y ante heridas. Finalmente, se demostró que MabDHN es inducido por el ácido abscísico.

Dehydrins or Group 2 Late Embryogenesis Abundant (LEA) proteins play an important role in the response and adaptation to different types of abiotic stresses such as droughts, high salinity and low temperatures. Using PCR techniques, we identified three gene fragments that encoded dehydrin-like proteins in three cacti species Opuntia ficus-indica (OpfiDHN-like), Leuchtenbergia principis (LepDHN-like) and Mammillaria bombycina (MabDHN-like). Bioinformatic sequence analysis showed an identity between 96 and 97% with the Opuntia streptacantha OpsDHN1 (dehydrin 1) gene, demonstrating that the amplified fragments corresponded to dehydrin-like gene sequences, and that the designed oligonucleotides were effective for similar gene amplification in different cacti genera. Multiple amino acid OpfiDHN-like, LepDHN-like and MabDHN-like alignments showed that they possessed three repetitions of the conserved K segment, as well as a histidine rich motif, which is believed that probably evolved differently in the Opuntioideae and Cactoideae subfamilies of the Cactaceae family. Also we demonstrated that each of the three partial amino acid sequences corresponded to acidic, highly hydrophilic, and disordered protein fragments, which are characteristics of dehydrin proteins. Phylogenetic analysis using maximum parsimony, indicated that cacti dehydrins-like proteins were monophyletic, as well as those of other plant families. On the other hand, the MabDHN gene of M. bombycina was selected for expression analysis by RT-qPCR technique. M. bombycina was interacted with different stress type, finding that there is an overexpression of the gene with freezing and wounds. Finally was demonstrated that MabDHN is induced by abscisic acid.