Alternative Splicing of Barley Clock Genes in Response to Low Temperature

Abstract

Alternative splicing (AS) is a regulated mechanism that generates multiple transcripts from individual genes. It is widespread in eukaryotic genomes and provides an effective way to control gene expression. At low temperatures, AS regulates Arabidopsis clock genes through dynamic changes in the levels of productive mRNAs. We examined AS in barley clock genes to assess whether temperature-dependent AS responses also occur in a monocotyledonous crop species. We identify changes in AS of various barley core clock genes including the barley orthologues of Arabidopsis AtLHY and AtPRR7 which showed the most pronounced AS changes in response to low temperature. The AS events modulate the levels of functional and translatable mRNAs, and potentially protein levels, upon transition to cold. There is some conservation of AS events and/or splicing behaviour of clock genes between Arabidopsis and barley. In addition, novel temperature-dependent AS of the core clock gene HvPPD-H1 (a major determinant of photoperiod response and AtPRR7 orthologue) is conserved in monocots. HvPPD-H1 showed a rapid, temperature-sensitive isoform switch which resulted in changes in abundance of AS variants encoding different protein isoforms. This novel layer of low temperature control of clock gene expression, observed in two very different species, will help our understanding of plant adaptation to different environments and ultimately offer a new range of targets for plant improvement.

Caracterização do relógio biológico e seu impacto no metabolismo da cana-de-açúcar

“…Plantas sob condições de estresse mudam acentuadamente seus padrões de AS (Palusa et al, 2007;Staiger & Brown, 2013;Ding et al, 2014;Filichkin et al, 2014). Além disso, muitos genes do relógio biológico produzem formas alternativas de seus transcritos, que podem conter PTCs (Filichkin 119 et al, 2010;James et al, 2012;James et al, 2012a;Jones et al, 2012;Filichkin et al, 2014;Calixto et al, 2016). Este fenômeno é bastante conservado entre plantas, como…”

“…Arabidopsis, Populus, arroz, Brachypodium distachyon e cevada -todas plantas de fotossíntese C3 (Filichkin et al, 2010;Calixto et al, 2016). Pouco se sabe sobre como o AS influencia o relógio biológico de plantas com fotossíntese C4, como a cana-deaçúcar.…”

“…Em Arabidopsis, os genes AtLHY, AtPRR9, AtPRR7, AtPRR3 e AtTOC1 apresentam pelo menos 1 IR (Filichkin et al, 2010;James et al, 2012). Em cevada, HvLHY e HvPRR37, HvTOC1, HvPRR73, HvPRR59 e HvPRR95 apresentam IR também (Calixto et al, 2016). A retenção do íntron 1, I1R, do homólogo ScLHY é um evento conservado, presente também em Arabidopsis e cevada (James et al, 2012;Calixto et al, 2016).…”

“…Em cevada, HvLHY e HvPRR37, HvTOC1, HvPRR73, HvPRR59 e HvPRR95 apresentam IR também (Calixto et al, 2016). A retenção do íntron 1, I1R, do homólogo ScLHY é um evento conservado, presente também em Arabidopsis e cevada (James et al, 2012;Calixto et al, 2016).…”

“…Tanto em cana-de-açúcar quanto em cevada, o último íntron de HvLHY (I8R) e ScLHY 166 (I5R) é retido (Calixto et al, 2016 Em Arabidopsis, TOC1 apresenta dois eventos de retenção de íntron: I1R e I4R, os quais são conservados em cevada (James et al, 2012;Calixto et al, 2016). A presença de transcritos contendo íntrons retidos pode ser apenas um indicativo de transcritos parcialmente processados, que jamais deixam o núcleo (James et al, 2012).…”