Cell wall remodeling and the circadian clock under drought in maize: biochemical, transcriptomic and regulatory analyses
Uložené v:
| Názov: | Cell wall remodeling and the circadian clock under drought in maize: biochemical, transcriptomic and regulatory analyses |
|---|---|
| Autori: | Calderone, Silvia |
| Thesis Advisors: | Caparrós Ruiz, David, 1972-, Mas Martinez, Paloma |
| Zdroj: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Informácie o vydavateľovi: | Universitat Autònoma de Barcelona, 2025. |
| Rok vydania: | 2025 |
| Fyzický popis: | 161 p. |
| Predmety: | Cel·lular, Cell wall, Pared celular, Rellotge circadià, Circadian clock, Reloj circadiano, Ciències Experimentals |
| Popis: | Aquesta tesi doctoral investiga la bioquímica i els mecanismes reguladors de la remodelació de la paret cel·lular sota estrès hídric en blat de moro (Zea mays), amb una atenció especial al control circadiari mediat pels paral·logs TIMING OF CAB EXPRESSION 1, TOC1a i TOC1b. Atès que la paret cel·lular actua tant com a barrera física com a determinant clau de l’intercanvi d’aigua i CO₂, la sincronització de la seva biosíntesi i reestructuració amb els cicles ambientals diaris probablement és essencial per a l’adaptació a la sequera. Mitjançant anàlisis bioquímiques, transcriptòmiques i reguladores en dues línies endogàmiques contrastants en la seva resistència al trencament de la tija, identifiquem diferències específiques de genotip en la composició de la paret i en l’expressió diferencial de gens relacionats amb ella, especialment sota sequera. Considerant la regulació circadiària del metabolisme i de la senyalització d’estrès en plantes, la tesi examina si el rellotge circadiari regula la remodelació de la paret cel·lular, fins i tot en condicions de dèficit hídric, amb l’objectiu d’esclarir com el blat de moro coordina els ajustos estructurals amb els cicles diürns i l’anticipació a l’estrès. Les anàlisis bioinformàtiques mostren que una alta proporció de gens de la paret cel·lular en blat de moro presenten ritmicitat diürna i que més de la meitat dels seus promotors contenen motius associats al rellotge circadiari. Després de generar mutants de blat de moro editats en toc1a/toc1b, demostrem que l’expressió i/o funció adequada de TOC1a i TOC1b és necessària per mantenir una eficiència fotosintètica i una homeòstasi hídrica òptimes, per a l’expressió correcta dels programes gènics circadiaris i de la paret, així com per a la deposició, distribució i remodelació apropiada dels components de la paret cel·lular. Finalment, la seqüenciació per purificació d’afinitat a l’ADN (DAP-seq) identifica milers de possibles dianes directes de TOC1a i TOC1b, que abasten totes les principals rutes relacionades amb la paret cel·lular. En conjunt, aquests resultats estableixen un vincle mecanístic entre el rellotge circadiari i la remodelació de la paret cel·lular en blat de moro, tant en condicions de control com de sequera. |
| Description (Translated): | Esta tesis doctoral investiga la bioquímica y los mecanismos regulatorios de la remodelación de la pared celular bajo estrés hídrico en maíz (Zea mays), con especial énfasis al control circadiano mediado por los paralogos TIMING OF CAB EXPRESSION 1, TOC1a y TOC1b. Dado que la pared celular actúa tanto como barrera física como determinante clave del intercambio de agua y CO₂, la sincronización de su biosíntesis y reestructuración con los ciclos ambientales diarios probablemente sea esencial para la adaptación a la sequía. Mediante análisis bioquímicos, transcriptómicos y regulatorios en dos líneas contrastantes en su resistencia al encamado del tallo, identificamos diferencias específicas de genotipo en la composición de la pared y en la expresión diferencial de genes relacionados con ella, en particular bajo sequía. Considerando la regulación circadiana del metabolismo y la señalización de estrés en plantas, la tesis evalúa si el reloj circadiano regula la remodelación de la pared celular, incluso en condiciones de déficit hídrico, con el fin de entender si el maíz coordina los ajustes estructurales con los ciclos diurnos y la anticipación al estrés. Los análisis bioinformáticos muestran que una elevada proporción de genes de la pared celular en maíz exhiben ritmicidad diurna y que más de la mitad de sus promotores contienen motivos asociados al reloj circadiano. Tras generar mutantes de maíz editados en toc1a/toc1b, demostramos que la expresión y/o función adecuada de TOC1a y TOC1b es necesaria para mantener una eficiencia fotosintética y homeostasis hídrica óptimas, para la correcta expresión de los programas génicos circadianos y de la pared, así como para la deposición, distribución y remodelación apropiada de los componentes de la pared celular. Finalmente, la secuenciación por purificación de afinidad al ADN (DAP-seq) identifica miles de posibles dianas directas de TOC1a y TOC1b, que abarcan todas las principales rutas relacionadas con la pared celular. En conjunto, estos resultados establecen un vínculo mecanístico entre el reloj circadiano y la remodelación de la pared celular en maíz, tanto en condiciones de control como de sequía. This PhD thesis investigates the biochemistry and regulatory mechanisms of cell wall remodeling under drought stress in maize (Zea mays), with a particular focus on circadian control mediated by the TIMING OF CAB EXPRESSION 1 paralogs, TOC1a and TOC1b. Since the cell wall functions both as a physical barrier and as a key determinant of water and CO₂ exchange, synchronizing wall biosynthesis and restructuring with daily environmental cycles is likely essential for drought adaptation. Using biochemical, transcriptomic, and regulatory analyses in two inbreds contrasting for stalk lodging, we identify genotype-specific differences in wall composition and differential expression of wall-related genes, particularly under drought. Given the circadian regulation of plant metabolism and stress signaling, the thesis examines if the circadian clock regulates cell wall remodeling, including during water deficit, to clarify how maize coordinates structural adjustments with diurnal cycles and stress anticipation. Bioinformatic analyses show that a high proportion of maize cell wall genes exhibit diurnal rhythmicity and that over half of their promoters harbor known clock-associated motifs. After generating toc1a/toc1b-edited maize mutants, we demonstrate that proper expression and/or function of TOC1a and TOC1b is required for optimal photosynthetic efficiency and water homeostasis, for correct expression of circadian and wall-gene expression programs, and for appropriate deposition, distribution, and remodeling of cell wall components. Finally, DNA affinity purification sequencing (DAP-seq) identifies thousands of putative direct targets of TOC1a and TOC1b, spanning all major cell wall-related pathways. Together, these results establish a mechanistic link between the circadian clock and cell wall remodeling in maize, both in control and under drought conditions. Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biologia i Biotecnologia Vegetal |
| Druh dokumentu: | Dissertation/Thesis |
| Popis súboru: | application/pdf |
| Jazyk: | English |
| Prístupová URL adresa: | http://hdl.handle.net/10803/695977 |
| Rights: | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ |
| Prístupové číslo: | edstdx.10803.695977 |
| Databáza: | TDX |
| Abstrakt: | Aquesta tesi doctoral investiga la bioquímica i els mecanismes reguladors de la remodelació de la paret cel·lular sota estrès hídric en blat de moro (Zea mays), amb una atenció especial al control circadiari mediat pels paral·logs TIMING OF CAB EXPRESSION 1, TOC1a i TOC1b. Atès que la paret cel·lular actua tant com a barrera física com a determinant clau de l’intercanvi d’aigua i CO₂, la sincronització de la seva biosíntesi i reestructuració amb els cicles ambientals diaris probablement és essencial per a l’adaptació a la sequera. Mitjançant anàlisis bioquímiques, transcriptòmiques i reguladores en dues línies endogàmiques contrastants en la seva resistència al trencament de la tija, identifiquem diferències específiques de genotip en la composició de la paret i en l’expressió diferencial de gens relacionats amb ella, especialment sota sequera. Considerant la regulació circadiària del metabolisme i de la senyalització d’estrès en plantes, la tesi examina si el rellotge circadiari regula la remodelació de la paret cel·lular, fins i tot en condicions de dèficit hídric, amb l’objectiu d’esclarir com el blat de moro coordina els ajustos estructurals amb els cicles diürns i l’anticipació a l’estrès. Les anàlisis bioinformàtiques mostren que una alta proporció de gens de la paret cel·lular en blat de moro presenten ritmicitat diürna i que més de la meitat dels seus promotors contenen motius associats al rellotge circadiari. Després de generar mutants de blat de moro editats en toc1a/toc1b, demostrem que l’expressió i/o funció adequada de TOC1a i TOC1b és necessària per mantenir una eficiència fotosintètica i una homeòstasi hídrica òptimes, per a l’expressió correcta dels programes gènics circadiaris i de la paret, així com per a la deposició, distribució i remodelació apropiada dels components de la paret cel·lular. Finalment, la seqüenciació per purificació d’afinitat a l’ADN (DAP-seq) identifica milers de possibles dianes directes de TOC1a i TOC1b, que abasten totes les principals rutes relacionades amb la paret cel·lular. En conjunt, aquests resultats estableixen un vincle mecanístic entre el rellotge circadiari i la remodelació de la paret cel·lular en blat de moro, tant en condicions de control com de sequera. |
|---|