The antagonistic effect of AtCCR4a upon drought or heat stress conditions

Abstract

Climate changes are expected to increase the severity of environmental adversities to plants, such as changes in rainfall regimes and the occurrence of more extreme temperatures, imposing a major risk to the productivity of agricultural crops. Throughout evolution, plants have evolved elegant mechanisms to cope with different adverse conditions, through the activation of different signaling pathways. The occurrence of abiotic stresses, such as osmotic stress or endoplasmic reticulum stress, tend to activate specific cellular pathways, such as the death cell signaling pathway mediated by proteins that contain DCD/NRP domains. The AtNRP1 and AtNRP2 proteins, components of the pathway in Arabidopsis, have been characterized as effectors of the programmed cell death process by the breakdown of the vacuolar membrane. Understanding how this pathway is integrated into cellular stability is essential, which justifies checking the predicted and not yet functionally characterized interactions among the components of the pathway with other proteins, such as AtCCR4a, a deadenylase that is both active in mRNA processing and in sucrose/starch metabolism. Given this context, we aimed to investigate the interaction between AtNRP2 and AtCCR4a, and its role during heat and drought stresses. We did not observe its direct involvement in the NRP-signaling pathway, however AtCCR4a was induced by osmotic and heat stresses. Furthermore, AtCCR4a disruption provides a drastically heat stress-sensitive phenotype, leading to reductions in photosynthetic pigment contents days after exposure to stress and negative changes in carbohydrate metabolism during this condition. Surprisingly, AtCCR4a disruption also promotes a more tolerant phenotype to water deficit, contributing to greater maintenance of relative water contents in leaf tissues and plant survival rate. These results indicate that AtCCR4a may have an antagonistic function in stress-responsive pathways, probably by regulating at a post-transcriptional level the expression of certain genes and/or by selecting specific target mRNAs. Keywords: Abiotic. Arabidopsis. Deadenylase. Heat. Water.

Prevê-se que as mudanças climáticas incrementarão a severidade de adversidades ambientais, como mudanças nos regimes pluviométricos e a ocorrência de temperaturas mais extremas, impondo um grande risco para a produtividade das culturas agrícolas. Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram elegantes mecanismos para lidar com distintas condições adversas por meio da ativação de diferentes vias de sinalização. A ocorrência de estresses abióticos, como estresse osmótico ou do retículo endoplasmático, tende a ativar vias celulares específicas, como a via de sinalização de morte celular mediada por proteínas contendo domínios DCD/NRP. As proteínas AtNRP1 e AtNRP2, componentes da via em Arabidopsis, foram caracterizadas como efetores do processo de morte celular programada via a ruptura da membrana vacuolar. Entender como esta via está integrada à estabilidade celular é essencial, justificando verificar as previstas e ainda não caracterizadas interações entre os componentes da via com outras proteínas, como AtCCR4a, uma deadenilase ativa tanto no processamento de RNAm quanto no metabolismo de sacarose/amido. Neste contexto, nós tivemos como objetivo investigar a interação entre AtNRP2 e AtCCR4a, e a sua função na ocorrência de estresses por alta temperatura e seca. Não foi observado o seu envolvimento direto com a via de sinalização mediada por proteínas NRP, mas AtCCR4a foi induzido por estresses osmótico e por alta temperatura. Além disso, a supressão de AtCCR4a promove um fenótipo drasticamente sensível ao estresse térmico, acarretando em reduções nos teores de pigmentos fotossintéticos dias após a exposição ao estresse e alterações negativas no metabolismo de carboidratos durante esta condição. Surpreendentemente, a supressão de AtCCR4a também promove um fenótipo mais tolerante ao estresse hídrico, contribuindo para maiores manutenção dos teores relativos de água em tecidos foliares e taxa de sobrevivência de plantas. Estes resultados indicam que AtCCR4a pode apresentar um papel antagônico em vias de resposta a estresses, provavelmente por regular a expressão de determinados genes a nível pós-transcricional e/ou selecionando RNAms-alvo específicos. Palavras-chave: Abiótico. Água. Arabidopsis. Calor. Deadenilase.