Biología del ARN

Resumen

Las plantas y otros organismos multicelulares necesitan de un preciso control espacial y temporal de la expresión génica tanto durante su crecimiento y desarrollo, como para responder a los cambios del medio ambiente y defender su genoma. En parte, esta capacidad regulatoria reside a nivel del ARN a través del silenciamiento génico mediado por ARN pequeños.

En nuestro grupo buscamos comprender los mecanismos moleculares que regulan la expresión génica en plantas, donde participan redes de genes que integran factores de transcripción y microARNs. Los microARNs son pequeños ARNs no codificantes que tienen función regulatoria al unirse por complementariedad de bases a ARNm blanco, a los que inhiben y guían a la degradación. En especial, estudiamos la biogénesis y los mecanismos de acción de ARN pequeños, cómo éstos se integran con el programa de crecimiento y desarrollo de la planta, y qué sucede una vez que son perturbados por factores externos como la sequía o cambios en la temperatura. Para cumplir nuestros objetivos seguimos un enfoque interdisciplinario que involucra genética, biología celular, bioquímica, genómica y bioinformática.

Nuestras estrategias experimentales buscan responder preguntas fundamentales sobre la regulación de la expresión génica usando a Arabidopsis thaliana como modelo. Además, basándonos en el conocimiento generado, nuestro laboratorio busca desarrollar herramientas de uso práctico que puedan ser aplicadas a especies de importancia agronómica. En este sentido realizamos estudios en distintas especies de interés agronómico, en especial trigo.

Líneas de Investigación

Biogénensis y actividad de microARNs y otros ARN pequeños

Los microARNs de plantas se procesan a partir de largos precursores de ARN no codificantes. Todos estos precursores son procesados en el núcleo por la ribonucleasa del tipo III DICER-LIKE1 (DCL1), con la ayuda de proteínas accesorias, que corta al precursor y libera el microARN. Sin embargo, los precursores de microARNs en plantas vienen en distintas formas y tamaños. En nuestro laboratorio hemos descubierto que existen varias vías diferentes capaces de generar microARNs en plantas. Actualmente, estamos estudiando cómo funcionan estas distintas rutas y qué función biológica tienen in vivo. También estudiamos qué ocurre con la producción de ARN pequeños en plantas sometidas a condiciones ambientales desfavorables.

Redes regulatorias de Factores de Transcripción y microARNs

Nuestro grupo estudia el control del crecimiento en plantas por factores de transcripción. Estudiamos qué genes son directamente regulados por factores de transcripción, y a su vez cómo estos son regulados. En particular, estudiamos la formación de complejos de factores de transcripción y cómo la estabilidad de los mismos puede ser regulada.

Nos interesan especialmente los factores de transcripción que son regulados post-transcripcionalmente por microARNs. En plantas, la mayoría de los microARNs conservados en distintas especies regulan factores de transcripción que a su vez controlan procesos biológicos clave. Las modificaciones de las redes de microARNs y estos factores de transcripción puede tener un efecto importante en el desarrollo de las plantas, desde causar defectos severos en el crecimiento o aumentar el rendimiento de los cultivos.

Nuestras líneas de investigación van más allá de la planta modelo Arabidopsis thaliana y están también orientadas a cultivos de interés agronómico, dando lugar a varias patentes internacionales y a la interacción con distintos representantes del sector productivo.

Publicaciones Seleccionadas

  • Liebsch D, Palatnik JF. MicroRNA miR396, GRF transcription factors and GIF co-regulators: a conserved plant growth regulatory module with potential for breeding and biotechnology. Curr Opin Plant Biol. 2020.
  • Manavella PA, Yang SW, Palatnik J. Keep calm and carry on: miRNA biogenesis under stress. Plant J. 2019.
  • Moro B, Chorostecki U, Arikit S, Suarez IP, Höbartner C, Rasia RM, Meyers BC, Palatnik JF. Efficiency and precision of microRNA biogenesis modes in plants. Nucleic Acids Res. 2019.
  • Beltramino M, Ercoli MF, Debernardi JM, Goldy C, Rojas AML, Nota F, Alvarez ME, Vercruyssen L, Inzé D, Palatnik JF, Rodriguez RE. Robust increase of leaf size by Arabidopsis thaliana GRF3-like transcription factors under different growth conditions. Scientific Reports. 2018.
  • Bresso EG, Chorostecki U, Rodriguez RE, Palatnik JF, Schommer C. Spatial Control of Gene Expression by miR319 Regulated TCP Transcription Factors in Leaf Development. Plant Physiol. 2018.
  • Ercoli MF, Ferela A, Debernardi JM, Perrone AP, Rodriguez RE, Palatnik JF. GIF Transcriptional Co-regulators Control Root Meristem Homeostasis. Plant Cell. 2018. Highlighted article: Design Stars: How GRF-INTERACTING FACTORs Help Determine the Layout of the Root Tip. The Plant Cell.
  • Chorostecki U, Moro B, Rojas AML, Debernardi JM, Schapire AL, Notredame C, et al. Evolutionary Footprints Reveal Insights into Plant MicroRNA Biogenesis. Plant Cell. 2017.
  • Rodriguez RE, Schommer C, Palatnik JF. Control of cell proliferation by microRNAs in plants. Current Opinion in Plant Biology. 2016.
  • Rodriguez RE, Ercoli MF, Debernardi JM, Breakfield NW, Mecchia MA, Sabatini M, et al. MicroRNA miR396 Regulates the Switch between Stem Cells and Transit-Amplifying Cells in Arabidopsis Roots. Plant Cell. 2015. Highlighted: Cover of The Plant Cell issue.
  • Debernardi JM, Mecchia MA, Vercruyssen L, Smaczniak C, Kaufmann K, Inze D, et al. Post-transcriptional control of GRF transcription factors by microRNA miR396 and GIF co-activator affects leaf size and longevity. Plant Journal. 2014.
  • Chorostecki U, Palatnik JF. comTAR: a web tool for the prediction and characterization of conserved microRNA targets in plants. Bioinformatics. 2014.
  • Schommer C, Debernardi JM, Bresso EG, Rodriguez RE, Palatnik JF. Repression of cell proliferation by miR319-regulated TCP4. Molecular Plant. 2014.
  • Bologna NG, Schapire AL, Zhai J, Chorostecki U, Boisbouvier J, Meyers BC, et al. Multiple RNA recognition patterns during microRNA biogenesis in plants. Genome Research. 2013.
  • Debernardi JM, Rodriguez RE, Mecchia MA, Palatnik JF. Functional Specialization of the Plant miR396 Regulatory Network through Distinct MicroRNA-Target Interactions. PLoS Genetics. 2012.
  • Chorostecki U, Crosa VA, Lodeyro AF, Bologna NG, Martin AP, Carrillo N, et al. Identification of new microRNA-regulated genes by conserved targeting in plant species. Nucleic Acids Research. 2012..
  • Rodriguez RE, Mecchia MA, Debernardi JM, Schommer C, Weigel D, Palatnik JF. Control of cell proliferation in Arabidopsis thaliana by microRNA miR396. Development. 2010.
  • Mateos JL, Bologna NG, Chorostecki U, Palatnik JF. Identification of microRNA processing determinants by random mutagenesis of Arabidopsis MIR172a precursor. Current Biology 2010. Highlighted article: Battle of the Bulge. Current Biology
  • Bologna NG, Mateos JL, Bresso EG, Palatnik JF. A loop-to-base processing mechanism underlies the biogenesis of plant microRNAs miR319 and miR159. Embo J. 2009. Highlighted article: MicroRNA processing turned upside down. EMBO J.

Patentes

  • “rGRF3 Mutants, Methods and Plants”. Aumento de biomasa y tolerancia a sequía en plantas por medio de factores de transcripción GRF y el microARN miR396. Inventores: Palatnik JF, Rodriguez RE, Mecchia MG, Debernardi JM. (CONICET/UNR) WO/2013/102762, PCT/GB2013/050005,US Patent 9890388.
  • “Chimeric proteins which enhance the activity of DNA binding domains (DBD) and transcription factors in plants” Inventores: Palatnik JF, Debernardi JM, Schommer C, Rodriguez RE. (CONICET/UNR) WO2016098027 A1, PCT/IB2015/059696.

Subsidios

  • Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT).
  • Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET).
  • Centro Internacional de Ingeniería Genética y Biotecnología (ICGEB).

Director

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Palatnik, Javier
Sede CCT
Email: palatnik@ibr-conicet.gov.ar
Tel: +54 341 4237070
Oficina Int: 659
Laboratorio Int: 713

Investigadores

Becarios Post-Doctorales

  • Matias Beltramino
  • Celeste Buchensky
  • Camila Goldy
  • Alvaro Larran
  • Daniela Liebsch
  • Arantxa Rojas

Becarios Doctorales

  • Julia Baulies
  • Santiago Rosatti
  • Juan Ignacio Diaz Miloslavich

Imágenes

Desarrollamos nuevas metodologías por mutagénesis al azar para estudiar la biogénesis de microARNs en plantas.

El aumento de biomasa en las plantas transgenicas rGRF son uno de los ejemplos de las aplicaciones tecnologicas de los microARNs.