[FPU2019] RNAs reguladores de cianobacterias

Las cianobacterias son las únicas bacterias capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica y, dada su distribución ubicua, contribuyen de manera importante a la productividad primaria en la Tierra. Debido a sus requisitos nutricionales simples, su considerable plasticidad metabólica y las herramientas genéticas desarrolladas para algunos organismos modelo, las cianobacterias tienen un interés considerable como chasis para la biología sintética dirigida a la producción sostenible de metabolitos secundarios y biocombustibles.

En las bacterias fotosintéticas, la adaptación a los cambios en variables ambientales como la luz o la disponibilidad de CO2 implica cambios sustanciales en la expresión génica. Hay evidencias que apuntan a que los fenómenos de regulación post-transcripcional mediada por RNAs antisentido (asRNAs) y RNAs pequeños no codificantes (sRNAs) son muy relevantes en el contexto de estos fenómenos de adaptación. En nuestras publicaciones recientes hemos demostrado el papel de los RNAs reguladores en la adaptación de Nostoc sp. PCC 7120, una cianobacteria filamentosa modelo, a la deficiencia de nitrógeno (que incluye la diferenciación de heterocistos fijadores de N2) (1, 2). Además, nuestro análisis de los cambios globales del transcriptoma producidos en respuesta a la disponibilidad de nitrógeno ha permitido identificar una serie de RNAs antisentido y sRNA, algunos de ellos transcritos específicamente en heterocistos, pendientes de caracterización (3).

Esta propuesta pretende avanzar en la identificación y análisis de mecanismos reguladores que involucran tanto RNAs antisentido como pequeños RNAs en cianobacterias. Haciendo uso de un mutante RNasa III de Nostoc del que ya disponemos, realizaremos un análisis de transcriptoma global específicamente dirigido a identificar transcritos antisentido. Esperamos que al evitar la degradación de los dúplex de ARN en el mutante RNasa III, podremos detectar RNAs antisentido que de otra forma se degradarían como parte del dúplex con la cadena sentido. Analizaremos mediante RNA-seq el transcriptoma en la estirpe silvestre y en la estirpe mutante de la RNasa III en respuesta a los cambios en la disponibilidad de nitrógeno, la intensidad luminosa y la disponibilidad de CO2. Los transcritos antisentido que presenten regulación interesante serán seleccionados para su análisis. Además, estudiaremos en detalle los mecanismos reguladores de tres RNAs antisentido cuya transcripción se ve afectada por la disponibilidad de nitrógeno y que podrían regular la expresión de distintas proteínas implicadas en la adaptación a esta situación de estrés.

La realización de este trabajo implicará acercamientos de biología molecular y biología celular (incluyendo microscopía de fluorescencia) así como el tratamiento informático de los resultados de experimentos de RNA-Seq para el análisis del transcriptoma. Con este proyecto esperamos ampliar el conocimiento sobre los mecanismos de regulación post-transcripcional mediados por RNAs no codificantes en cianobacterias. Los mecanismos definidos en base a nuestro trabajo podrían arrojar luz sobre la regulación de los procesos adaptativos que tienen lugar durante la diferenciación bacteriana en otros contextos diversos, así como facilitar mejores aplicaciones biotecnológicas de las cianobacterias.

Directores:

Alicia Muro Pastor (ORCID iD: https://orcid.org/0000-0003-2503-6336)
Agustín Vioque Peña (ORCID iD: https://orcid.org/0000-0002-3975-7348)

Referencias:

1. Olmedo-Verd, E., Brenes-Álvarez, M., Vioque A. and Muro-Pastor, A. M. (2019) A heterocyst-specific antisense RNA contributes to metabolic reprogramming in Nostoc sp. PCC 7120. Plant and Cell Physiology 60: 1646-1655
doi: 10.1093/pcp/pcz087

2. Álvarez-Escribano, I., Vioque, A. and Muro-Pastor A. M. (2018) NsrR1, a nitrogen stress-repressed sRNA, contributes to the regulation of nblA in Nostoc sp. PCC 7120. Front. Microbiol. 9, 2267.
doi: 10.3389/fmicb.2018.02267

3. Brenes-Álvarez, M., Mitschke, J., Olmedo-Verd, E., Georg, J., Hess, W. R., Vioque, A. and Muro-Pastor, A. M. (2019) Elements of the heterocyst-specific transcriptome unravelled by co-expression analysis in Nostoc sp. PCC 7120. Environmental Microbiology 21: 2544-2558.
doi: 10.1111/1462-2920.14647