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Additional file 7:Figure S6. Metabolic profiling of irradiated and 6 h in 2 leaves with control untreated plants during 1 and 6 h. As a control, samples from fully irradiated leaves for 4 h (UV-B), and control untreated leaves (NI) are included. CA/PE: comparison of metabolite levels in leaves covered with a plastic that allows UV-B transmittance (CA) vs. levels in leaves covered with a plastic sheath that absorbs UV-B (PE, see Material and methods); PE UV-B/C: comparison of metabolites from PE-covered leaves in plants exposed to UV-B to those from PE-covered leaves in non-irradiated plants; UV-B/CA: metabolite level comparison in leaves that are directly UV-B-irradiated vs. levels in leaves covered with a plastic that allows UV-B transmittance (CA). Statistical analysis was done using one way ANOVA; statistically significant differences are labeled with * (α = 0.05). (PDF 577 KB)

Additional file 8:Figure S7. Metabolic profiling of irradiated and shielded leaves with varying canopy exposure to UV-B radiation. As a control, samples from fully UV-B-irradiated leaves for 4 h (UV-B), and control untreated leaves (C) are included. Statistical analysis was done using one way ANOVA; statistically significant differences are labeled with letters a and b (α = 0.05). (PDF 753 KB)

Additional file 1:Figure S1. Classification of UV-B-regulated genes identified by microarrays based on their putative function in fully UV-B-irradiated plants (WPI). (a and b) transcripts that are up (a) and down (b) regulated in fully UV-B-irradiated plants; (c and d) transcripts that are up (c) and down (d) regulated only in fully UV-B-irradiated plants and not when plants are only irradiated in 1, 2 or 3 leaves per plant. Classification was done for the UV-B-regulated transcripts that are changed at least 2-fold (p < 0.05). (PDF 253 KB)

Authors’ original file for figure 9

Additional file of Transcriptomic, proteomic and metabolomic analysis of UV-B signaling in maize

Additional file 4:Figure S3. Venn diagrams comparing transcriptome changes in leaves that were covered with a plastic sheath that absorbs UV-B. Only two adult leaves per plant were irradiated over a time course of 1, 2, 4, and 6 h. Up-regulated genes are in red, down-regulated genes are in green. (a) Intersection of genes differentially expressed in irradiated leaves; (b) Intersection of genes differentially expressed in shielded leaves; (c) Intersection of genes differentially expressed in immature ears. Each sample was compared to plants under control conditions in the absence of UV-B (NI). Transcripts showing changes higher than 2-fold (p < 0.05) were included in the classification. (PDF 289 KB)

Additional file 3:Figure S2. (a) Venn diagrams comparing transcriptome changes in shielded leaves that were irradiated in the absence of UV-B. Up-regulated genes are in red, down-regulated genes are in green. (PDF 245 KB)

Authors’ original file for figure 7

Flavones, one of the largest groups of flavonoids, have beneficial effects on human health and are considered of high nutritional value. Previously, we demonstrated that maize type I flavone synthase (ZmFNSI) is one of the enzymes responsible for the synthesis of O-glycosyl flavones in floral tissues. However, in related species such as rice and sorghum, type II FNS enzymes also contribute to flavone biosynthesis. In this work, we provide evidence that maize has both one FNSI and one FNSII flavone synthases. Arabidopsis transgenic plants expressing each FNS enzyme were generated to validate the role of flavones in protecting plants against UV-B radiation. Here, we demostrate that ZmCYP93G7 (FNSII) has flavone synthase activity and is able to complement the Arabidopsis dmr6 mutant, restoring the susceptibility to Pseudomonas syringae. ZmFNSII expression is controlled by the C1/PL1 + R/B anthocyanin transcriptional complexes, and both ZmFNSI and ZmFNSII are regulated by UV-B. Arabidopsis transgenic plants expressing ZmFNSI or ZmFNSII that accumulate apigenin exhibit less UV-B-induced damage than wild-type plants. Together, we show that maize has two FNS-type enzymes that participate in the synthesis of apigenin, conferring protection against UV-B radiation. Fil: Righini Aramburu, Silvana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Rodriguez, Eduardo Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina Fil: Berosich, Carla. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Grotewold, Erich. Michigan State University; Estados Unidos Fil: Casati, Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Falcone Ferreyra, María Lorena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina

In maize (Zea mays), as well as in other crops, transposable elements (TEs) constitute a great proportion of the genome. Chromatin modifications play a vital role in establishing transposon silencing and perpetuating the acquired repressive state. Nucleosomes associated with TEs are enriched for dimethylation of histone H3 at lysine 9 and 27 (H3K9me2 and H3K27me2, respectively), signals of repressive chromatin. Here we describe a chromatin protein, ZmMBD101, involved in the regulation of Mutator (Mu) genes in maize. ZmMBD101 is localized to the nucleus and contains a methyl-CpG-binding domain (MBD) and a zinc finger CW (CW) domain. Transgenic lines with reduced levels of ZmMBD101 transcript present enhanced induction of Mu genes when plants are irradiated with UV-B. Chromatin immunoprecipitation analysis with H3K9me2 and H3K27me2 antibodies indicated that ZmMBD101 is required to maintain the levels of these histone repressive marks at Mu Terminal Inverted Repeats (TIRs) under UV-B conditions. Although Mutator inactivity is associated with DNA methylation, cytosine methylation at Mu TIRs is not affected in ZmMBD101 deficient plants. Several plant proteins are predicted to share the simple CW-MBD domain architecture present in ZmMBD101. We hypothesize that plant CW-MBD proteins may also function to protect plant genomes from deleterious transposition. Fil: Questa, Julia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (i); Argentina Fil: Rius, Sebastian Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (i); Argentina Fil: Casadevall, Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (i); Argentina Fil: Casati, Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (i); Argentina

Flavones are a major group of flavonoids with diverse functions and are extensively distributed in land plants. There are two different classes of FLAVONE SYNTHASE (FNS) enzymes that catalyze the conversion of the flavanones into flavones. The FNSI class comprises soluble Fe(2+)/2-oxoglutarate-dependent dioxygenases, and FNSII enzymes are oxygen- and NADPH-dependent cytochrome P450 membrane-bound monooxygenases. Here, we describe the identification and characterization of FNSI enzymes from maize (Zea mays) and Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). In maize, ZmFNSI-1 is expressed at significantly higher levels in silks and pericarps expressing the 3-deoxy flavonoid R2R3-MYB regulator P1, suggesting that ZmFNSI-1 could be the main enzyme for the synthesis of flavone O-glycosides. We also show here that DOWNY MILDEW RESISTANT6 (AtDMR6), the Arabidopsis homologous enzyme to ZmFNSI-1, has FNSI activity. While dmr6 mutants show loss of susceptibility to Pseudomonas syringae, transgenic dmr6 plants expressing ZmFNSI-1 show similar susceptibility to wild-type plants, demonstrating that ZmFNSI-1 can complement the mutant phenotype. AtDMR6 expression analysis showed a tissue- and developmental stage-dependent pattern, with high expression in cauline and senescing leaves. Finally, we show that Arabidopsis cauline and senescing leaves accumulate apigenin, demonstrating that Arabidopsis plants have an FNSI activity involved in the biosynthesis of flavones. The results presented here also suggest cross talk between the flavone and salicylic acid pathways in Arabidopsis; in this way, pathogens would induce flavones to decrease salicylic acid and, hence, increase susceptibility.

The RIBOSOMAL PROTEIN L10 (RPL10) is an integral component of the eukaryotic ribosome large subunit. Besides being a constituent of ribosomes and participating in protein translation, additional extraribosomal functions in the nucleus have been described for RPL10 in different organisms. Previously, we demonstrated that Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) RPL10 genes are involved in development and translation under ultraviolet B (UV-B) stress. In this work, transgenic plants expressing ProRPL10:β-glucuronidase fusions show that, while AtRPL10A and AtRPL10B are expressed both in the female and male reproductive organs, AtRPL10C expression is restricted to pollen grains. Moreover, the characterization of double rpl10 mutants indicates that the three AtRPL10s differentially contribute to the total RPL10 activity in the male gametophyte. All three AtRPL10 proteins mainly accumulate in the cytosol but also in the nucleus, suggesting extraribosomal functions. After UV-B treatment, only AtRPL10B localization increases in the nuclei. We also here demonstrate that the three AtRPL10 genes can complement a yeast RPL10 mutant. Finally, the involvement of RPL10B and RPL10C in UV-B responses was analyzed by two-dimensional gels followed by mass spectrometry. Overall, our data provide new evidence about the nonredundant roles of RPL10 proteins in Arabidopsis.

ASF1 is a key histone H3/H4 chaperone that participates in a variety of DNA and chromatin-related processes, including DNA repair, where chromatin assembly and disassembly is of primaryrelevance. Information concerning the role of ASF1 proteins in post-UV response in higher plants is currently limited. In Arabidopsis thaliana, an initial analysis of in vivo localization of ASF1A andASF1B indicates that both proteins are mainly expressed in proliferative tissues. In silico promoteranalysis identified ASF1A and ASF1B as potential targets of E2F transcription factors. Theseobservations were experimentally validated, both in vitro by electrophoretic mobility shift assays, and in vivo by chromatin immunoprecipitation assays and expression analysis using transgenic plants with altered levels of different E2F transcription factors. These data suggest that ASF1A and ASF1B are regulated during cell cycle progression through E2F transcription factors. In addition, we found that ASF1A and ASF1B are associated with the UV-B induced DNA damage response in A. thaliana. Transcript levels of ASF1A and ASF1B were increased following a UV-B-treatment. Consistent with a potential role in ultraviolet-B (UV-B) response, RNAi silenced plants of both genes showed increased sensitivity to UV-B compared to wild type plants. Finally, by coimmunoprecipitation analysis, we found that ASF1 physically interacts with N-terminal acetylated histones H3 and H4, and with acetyltransferases of the HAM subfamily, which are known to be involved in cell cycle control and DNA repair, among other functions. Together, here we provide evidence that ASF1A and ASF1B are regulated by cell cycle progression and are involved in DNA repair after UV-B irradiation. Fil: Lario, Luciana Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (i); Argentina Fil: Gutierrez, Crisanto. Universidad Autónoma de Madrid; España Fil: Ramirez Parra, Elena. Universidad Politecnica de Madrid; España Fil: Spampinato, Claudia Patricia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (i); Argentina Fil: Casati, Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (i); Argentina

Ultraviolet-B (UV-B) photons can cause substantial cellular damage in biomolecules, as is well established for DNA. Because RNA has the same absorption spectrum for UV as DNA, we have investigated damage to this cellular constituent. In maize (Zea mays) leaves, UV-B radiation damages ribosomes by crosslinking cytosolic ribosomal proteins S14, L23a, and L32, and chloroplast ribosomal protein L29 to RNA. Ribosomal damage accumulated during a day of UV-B exposure correlated with a progressive decrease in new protein production; however, de novo synthesis of some ribosomal proteins is increased after 6 h of UV-B exposure. After 16 h without UV-B, damaged ribosomes were eliminated and translation was restored to normal levels. Ribosomal protein S6 and an S6 kinase are phosphorylated during UV-B exposure; these modifications are associated with selective translation of some ribosomal proteins after ribosome damage in mammalian fibroblast cells and may be an adaptation in maize. Neither photosynthesis nor pigment levels were affected significantly by UV-B, demonstrating that the treatment applied is not lethal and that maize leaf physiology readily recovers.

Microarray hybridization was used to assess acclimation responses to four UV regimes by near isogenic maize (Zea mays) lines varying in flavonoid content. We found that 355 of the 2,500 cDNAs tested were regulated by UV radiation in at least one genotype. Among these, 232 transcripts are assigned putative functions, whereas 123 encode unknown proteins. UV-B increased expression of stress response and ribosomal protein genes, whereas photosynthesis-associated genes were down-regulated; lines lacking UV-absorbing pigments had more dramatic responses than did lines with these pigments, confirming the shielding role of these compounds. Sunlight filtered to remove UV-B or UV-B plus UV-A resulted in significant expression changes in many genes not previously associated with UV responses. Some pathways regulated by UV radiation are shared with defense, salt, and oxidative stresses; however, UV-B radiation can activate additional pathways not shared with other stresses.

Los resultados obtenidos al estudiar el posible rol fisiológico y las propiedades cinéticas y estructurales de la enzima málica dependiente de NADP purificada de trigo sugieren la existencia de una única isoforma de 72 kDa en los tejidos de esta especie C3. Esta enzima fue purificada a homogeneidad a partir de tallos y raíces de trigo y con ella se realizaron estudios cinéticos. La enzima no presenta histéresis. Los valores obtenidos de pH óptimo coinciden con los anteriormente descriptos para otras enzimas de plantas C3 y CAM y difieren con el comportamiento de la enzima de plantas C4. La actividad enzimática fue absolutamente dependiente de la presencia de un catión bivalente (Mg2+ o Mn2+), mostrando cinéticas de saturación no hiperbólicas como sucede con la EM-NADP de plantas C4. Por otra parte, las curvas de saturación obtenidas en función da la concentración de NADP y L-malato fueron hiperbólicas. La actividad de EM-NADP fue inducida por tratamiento con celulasa macerosima y glutatión, y este aumento fue asociado con aumentos de proteína determinado a partir de Western blots. Estos resultados sugieren que la EM-NADP de plantas C3 podría estar involucrada en la biosíntesis de lignina relacionada con respuestas de defensa de la planta, proveyendo de NADPH a los dos pasos dependientes de NADPH de la biosíntesis de monolignol. Las EM-NADP de maíz y de trigo se disocian en un medio acidico y bajas temperaturas de manera secuencial siguiendo el orden T-D-M. Las entalpías para los equilibrios fueron negativas, pero el proceso total provoco un cambio de energía libre estándar positiva siendo la entropía del sistema un factor importante en ambos equilibrios. La presencia de Mg2+, NADP y L-malato modifican los equilibrios entre M, D y T dependiendo de la fuente enzimática. El catión indujo la agregación de ambas enzimas hacia la forma tetramerica, mientras que el L-malato no modifico el estado oligomérico de la EM-NADP de ambas fuentes. El NADP no cambio el estado multimérico de la enzima de maíz aunque la enzima de trigo se asoció en presencia de la coenzima. Por último, el glicerol estabilizo la forma tetramerica en ambos sistemas, mientras que un aumento en la fuerza iónica favoreció la disociación de la estructura oligomérica de la EM-NADP. Estos resultados favorecen la idea de que la EM-NADP de maíz y de trigo existiría en varios estados oligoméricos (M, D y T) in vivo y que este proceso de asociación-disociación podría estar mediada por la concentración de metabolitos en el medio, condiciones de luz, fuerza iónica y el pH. La actividad de la enzima málica dependiente de NADP fue inducida por radiación UV-B, al igual que el contenido proteico y el ARNm a casi el mismo nivel que por altos niveles de luz blanca dependiendo de la intensidad de la luz y la duración del tratamiento. El efecto de la radiación UV-B fue también eficaz cuando se administraron pequeñas dosis de UV-B seguidas por un tratamiento de oscuridad. La luz roja fue efectiva en la inducción de EM-NADP, de manera similar a la radiación UV-B, administrada tanto en forma continua como por periodos cortos. Nuestros resultados también muestran también que luego de una exposición corta bajo luz roja lejana aplicada inmediatamente después de los pulsos de luz UV-B o roja el efecto inductivo sobre la enzima málica se reduce significativamente, y el efecto de la luz roja lejana se revierte por un pulso final con luz roja o UV-B. De esta manera proponemos que elevados niveles de EM-NADP podrían proveer a las plantas con mayor cantidad de poder reductor para reparar a la célula y además aumentar el contenido de piruvato y NADPH para la respiración mitocondrial. Las especies C3 de Flaveria poseen baja actividad de EM-NADP, que es principalmente atribuida a la forma de mayor masa molecular de la enzima, mientras que las especies C4 de Flaveria poseen muy altas actividades de EM-NADP en hojas atribuible a la presencia en forma mayoritaria de la isoforma de baja masa molecular. La isoforma de mayor masa molecular en las especies de Flaveria C3 parece poseer una mayor Km para el NADP que la forma de menor masa molecular de las especies de Flaveria C4. Los Western blots realizados con extractos proteicos de hojas de distintas especies C3 muestran que la banda inmunoreactiva mayoritaria es el monómero de 72 kDa y presenta bajos niveles de las formas de menor masa molecular (62 y 64 kDa), mientras que las especies de Flaveria C4 muestran una banda muy reactiva de 62 kDa de la EM-NADP, y bandas menores de 64 y 72 kDa. En las especies C3 y C4 existen hasta tres formas monoméricas de la enzima de 62, 64 y 72 kDa, y la cantidad relativa de cada forma puede variar entre los intermediarios. En hojas de especies similares a C4, existen dos bandas predominantes (62 y 64 kDa), estando la forma de 72 kDa presente en muy bajos niveles. En conjunto, todos estos resultados demuestran la presencia de 3 isoformas de la EM-NADP con diferentes masas moleculares en Flaveria, un aumento en la expresión de las forma de 64 kDa desde las especies C3 hasta las similares a C4, y un aumento en la expresión de la forma de 62 kDa y una disminución de la expresión de la forma de 72 kDa desde las especies C3 hasta las C3-C4, similar a C4 y las C4. La EM-NADP se localiza principalmente en los cloroplastos, tanto en células mesofilicas de las plantas C3 y en ambos tipos de células fotosintéticas en las otras especies siendo mayoritaria la marca en células de la vaina vascular en las especies C4. En especies intermedias, la marca mayoritaria se encontró en los cloroplastos de la vaina vascular mientras que una marca significativa también se observó en cloroplastos mesofilicos. Se observaron tres formas activas de la EM-NADP en hojas de la especie intermediaria C3-C4 F. floridana que se diferencian por masa molecular y puntos isoeléctricos nativos. La EM-NADP se encuentra parcialmente compartamentalizada en los distintos tipos de células fotosintéticas, obteniéndose una mayor actividad específica y una mayor expresión de las formas de 64 y 62 kDa en la fracción correspondiente a los cloroplastos de la vaina vascular. La forma purificada de 62 kDa presenta propiedades cinéticas intermedias entre las enzimas málicas de plantas C3 y C4. La enzima exhibe un máximo de actividad a pH 7,5 de manera similar a lo observado con otras enzimas de plantas C3 y CAM y difiriendo con el comportamiento de la enzima de plantas C4. La actividad enzimática depende de la presencia de un catión bivalente (Mg2+ o Mn2+). Las cinéticas de saturación obtenidas para NADP y L-malato fueron hiperbólicas y no se observó inhibición por L-malato a pH 7,0, difiriendo al comportamiento de plantas C4 e indicando que la enzima presenta características intermedias. En resumen, la forma purificada representa una forma enzimática no descripta hasta el presente. Fil: Casati, Paula. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos (CEFOBI- CONICET); Argentina.

Profiling the transcriptional response of maize tissues to UV-B irradiation suggests that a signal is transmitted from irradiated to shielded tissue. The transcriptional response occurs rapidly, even in shielded tissue., Background Depletion of stratospheric ozone has raised terrestrial levels of ultraviolet-B radiation (UV-B), an environmental change linked to an increased risk of skin cancer and with potentially deleterious consequences for plants. To better understand the processes of UV-B acclimation that result in altered plant morphology and physiology, we investigated gene expression in different organs of maize at several UV-B fluence rates and exposure times. Results Microarray hybridization was used to assess UV-B responses in directly exposed maize organs and organs shielded by a plastic that absorbs UV-B. After 8 hours of high UV-B, the abundance of 347 transcripts was altered: 285 were increased significantly in at least one organ and 80 were downregulated. More transcript changes occurred in directly exposed than in shielded organs, and the levels of more transcripts were changed in adult compared to seedling tissues. The time course of transcript abundance changes indicated that the response kinetics to UV-B is very rapid, as some transcript levels were altered within 1 hour of exposure. Conclusions Most of the UV-B regulated genes are organ-specific. Because shielded tissues, including roots, immature ears, and leaves, displayed altered transcriptome profiles after exposure of the plant to UV-B, some signal(s) must be transmitted from irradiated to shielded tissues. These results indicate that there are integrated responses to UV-B radiation above normal levels. As the same total UV-B irradiation dose applied at three intensities elicited different transcript profiles, the transcriptome changes exhibit threshold effects rather than a reciprocal dose-effect response. Transcriptome profiling highlights possible signaling pathways and molecules for future research.

Blue and UV radiation are environmental cues or sources of information that can shape the morphology and development of plants. It was hypothesized that: H1) long-term treatments of solar blue (400–500 nm), long-UV (350–400 nm) and short-UV (290–350 nm) radiation (starting before seedling emergence) are perceived as different and can trigger distinct morphological, physiological and molecular responses; H2) parental long-term exposure to short-UV radiation before flowering affects response patterns to blue and UV radiation in the offspring; H3) long-term exposure to solar blue, long-UV and/or short-UV radiation enhances drought tolerance; H4) the responses in H1, H2 and H3 are accession-dependent and related to the environments where the accessions originate. To test these hypotheses, three experiments assessed morphological, physiological and molecular responses of accessions of two legume species, faba bean (Vicia faba L.) (I, II) and barrel medic (Medicago truncatula Gaertn.) (III). To impose radiation treatments by attenuating different wavebands of sunlight, four types of plastic filters were used in experiments I and III outdoors. Through pairwise filter comparisons, three different solar wavebands were assessed: blue, long-UV and short-UV radiation. In experiment I, two accessions of V. faba (Aurora; ILB938) originating from contrasting UV environments (southern Sweden; Andean region of Colombia and Ecuador) were grown under the four filters in sunlight. To study the transgenerational effect of solar short-UV radiation, experiment II was established using seeds produced by plants from experiment I and a factorial experiment design combining the two V. faba accessions, two parental UV treatments (full sunlight and exclusion of short-UV radiation) and four offspring light treatments, from the factorial combination of UVB and blue radiation manipulations in a controlled environment. In experiment III, the effect of long-term exposure to solar blue, long-UV and short-UV radiation during growth on the tolerance of subsequent progressive drought was studied in three M. truncatula accessions using the same filter treatments as in experiment I combined with progressive drought treatments imposed by withholding watering for 2 and 7 days to half the plants starting 40 days after sowing. The three M. truncatula accessions, Jemalong A17, HM006 and HM020, originate from Australia, France and Tunisia, respectively. After long-term natural light treatments (I, III), blue light but not long-UV or short-UV radiation, significantly regulated plant morphology and transcript abundance. In contrast, both solar blue and short-UV radiation, but not long-UV radiation, induced the accumulation of total flavonoids in leaves of V. faba (I) and M. truncatula (III). Moreover, simultaneous exposure to blue and UVB radiation had a synergetic effect on the induction of flavonoid accumulation (II). In V. faba, the variations of flavonoid composition and gene expression between the two accessions were consistent throughout the two successive generations (I, II). In V. faba, the transgenerational effect of short-UV radiation altered the morphological responses of the progenies to blue light, and it also affected flavonoid accumulation of the offspring in response to UVB radiation. Moreover, the transgenerational effects differed in the two accessions (II): in Aurora, the parental exposure to solar short-UV radiation led to a near-doubling of total quercetin concentration in response to UVB radiation in the progeny, while this was not observed in ILB938. The difference of responses to blue and UV radiation in these two accessions are consistent with adaptation to contrasting UV environments. In M. truncatula, long-term exposure to both solar blue and UV radiation pre-acclimated plants to subsequent slowly imposed drought, as observed in the transcriptomic result in accession Jemalong A17 that drought (2 and 7 days without watering) did not regulate differentially expressed genes (DEGs) under the filter transmitting blue and UV radiation. In contrast, drought increased transcript abundance of several previously described stress-inducible genes under all other filters. In the light of transcriptomic and flavonoid responses to filter and drought treatments, two processes potentially contribute to light-driven acclimation to drought: 1) increased flavonoid accumulation under blue and short-UV radiation could enhance the capability to scavenge drought-induced reactive oxygen species (ROS); 2) down-regulation of genes involved in light reactions of photosynthesis by blue light could reduce the generation of ROS when stomata close. In conclusion, under long-term sunlight treatment, blue light modified plants’ morphology and transcript change while both blue and short-UV radiation induced the accumulation of flavonoids; a transgenerational effect of short-UV radiation influenced offspring responses to blue and UVB radiation differently in the two accessions; both blue and UV radiation contributed to pre-acclimation toward subsequent drought by functioning as environmental cues rather than stressors even if the specific responses differed among accessions. Thus, the results support the four hypotheses. Sininen valo ja UV-säteily toimivat informaationa, joka voi muokata kasvien morfologiaa ja kehitystä. Hypoteeseina esitetään, että: H1) pitkäkestoiset sinisen valon (400–500 nm), pitkäaaltoisen UV-säteilyn (350–400 nm) ja lyhytaaltoisen UV-säteilyn (290–350 nm) käsittelyt (jotka alkavat ennen taimien esille tulemista), havaitaan erilaisina ja voivat laukaista erillisiä morfologisia, fysiologisia ja molekulaarisia vasteita; H2) emokasvien pitkäaikainen altistus lyhytaaltoiselle UV-säteilylle ennen kukkimista vaikuttaa jälkeläiskasvien sinisen valon ja UV-säteilyn vasteisiin; H3) pitkäaikainen altistus siniselle auringonvalolle ja auringon pitkä- tai lyhytaaltoiselle UV-säteilylle lisää kuivuudensietokykyä; H4) vasteet hypoteeseissa H1, H2 ja H3 vaihtelevat eri kasvikannoilla riippuen kantojen alkuperäisten ympäristöjen olosuhteista. Näiden hypoteesien testaamiseksi arvioitiin kolmessa kokeessa kahden hernekasvin, härkäpavun (Vicia faba L.) (I, II) ja palikkamailasen (Medicago truncatula Gaertn.) (III) kantojen morfologisia, fysiologisia ja molekulaarisia vasteita. Ulkokokeiden I ja II käsittelyissä vaimennettiin auringon eri aallonpituuksia käyttämällä neljää erilaista muovikalvoa. Käyttämällä parittaisia kalvojen vertailuja arvioitiin kolmen eri aallonpituusalueen, sinisen valon, pitkäaaltoisen UV-säteilyn ja lyhytaaltoisen UV-säteilyn vaikutuksia. Kokeessa I kahta härkäpapukantaa (Aurora; ILB938), joilla on vastakkaiset UV-olosuhteet (Etelä-Ruotsi; Andien alue Columbiassa ja Equadorissa), kasvatettiin ulkona neljän kalvon alla. Lyhytaaltoisen UV-säteilyn aiheuttaman sukupolven ylittävän vaikutuksen tutkimiseksi kokeessa II käytettiin kokeessa I olleiden kasvien tuottamia siemeniä ja koejärjestelyä, jossa oli kaksi härkäpavun kantaa, kaksi emokasvien UV-käsittelyä (koko auringonsäteily ja käsittely, jossa säteilystä poistettiin lyhytaaltoinen UV-säteily) ja neljä jälkeläiskasvien käsittelyä kontrolloidussa ympäristössä tehtyjen UV-B-säteilyn ja sinisen valon kokeiden mukaisesti. Kokeessa III pitkäaikaisen sinisen auringonvalon, pitkäaaltoisen UV-säteilyn ja lyhytaaltoisen UV-säteilyn vaikutuksia myöhemmin tulevan, lisääntyvän kuivuuden kestoon tutkittiin kolmella palikkamailasen kannalla käyttäen samoja kalvokäsittelyjä kuin kokeessa I yhdistettynä lisääntyvään kuivuuskäsittelyyn, joka toteutettiin lopettamalla kastelu 50 % kasveista kahdeksi ja seitsemäksi päiväksi 40 päivää kylvämisen jälkeen. Nämä kolme kantaa, Jemalong A17, HM006 ja HM020, ovat alkuperältään (vastaavassa järjestyksessä) Australiasta, Ranskasta ja Tunisiasta. Pitkäkestoisissa luonnonvalokäsittelyissä (I, III) sininen valo, toisin kuin pitkä- tai lyhytaaltoinen UV-valo, sääteli merkittävästi kasvien morfologiaa ja transkriptioiden määrää, kun taas flavonoidien akkumuloitumista V. faban (I) ja M. trunculatan (III) lehtiin indusoivat sekä sininen valo että lyhytaaltoinen UV-säteily, mutta ei pitkäaaltoinen UV-säteily. Lisäksi samanaikaisella siniselle valolle ja UV-säteilylle altistumisella oli positiivinen yhteisvaikutus flavonoidien akkumuloitumiseen (II). V. faballa kahden eri kannan välinen vaihtelu flavonoidien määrällisissä suhteissa ja geeniekspressioissa pysyi samana peräkkäisillä sukupolvilla (I, II). Lyhyen UV-säteilyn seuraavaan sukupolveen ulottuva vaikutus muutti jälkeläisten sinisen valon morfologisia vasteita ja vaikutti myös jälkeläisissä tapahtuvaan flavonoidien akkumuloitumiseen vasteena UV-säteilylle. Seuraavaan sukupolveen ulottuvat vaikutukset erosivat kahdella tutkittavalla kannalla (II): Auroralla emokasvien altistuminen lyhytaaltoiselle auringonvalon UV-säteilylle johti jälkeläisillä lähes kaksinkertaiseen kversetiinien pitoisuuteen vasteena UV-säteilylle, mitä ei havaittu lainkaan ILB938-kannassa. Sinisen valon ja UV-säteilyn vasteet näissä kahdessa kannassa ovat yhteneväiset kantojen vastakkaisiin UV-ympäristöihin sopeutumisen kanssa. M. truncatulan osalta pitkäaikainen altistus siniselle valolle ja UV-säteilylle valmisti kasveja ennakoivasti myöhempää hitaasti etenevää kuivuutta vastaan, mikä havaittiin transkriptiotuloksissa kannalla Jemalong A17, jolla kuivuus (2 ja 7 päivää ilman kastelua) ei säännellyt differentiaalisesti ekspressoituvia geenejä (DEG) sinistä valoa ja UV-säteilyä läpäisevien kalvojen alla. Tätä vastoin kuivuus lisäsi useiden aiemmin kuvailtujen stressiin liittyvien geenien transkriptioita kaikkien muiden kalvojen alla. Tulosten valossa kaksi prosessia vaikuttaa mahdollisesti valon indusoimaan kuivuudenkestoon: 1) lisääntynyt sinisen valon ja lyhyen UV-säteilyn aiheuttama flavonoidien akkumulaatio voi kasvattaa kykyä käsitellä kuivuuden indusoimia reaktiivisia happiradikaaleja (ROS); 2) sinisen valon aiheuttama fotosynteesin valoreaktioihin liittyvien geenien ilmenemisen väheneminen voi ilmarakojen kiinni ollessa vähentää reaktiivisten happiradikaalien muodostumista. Johtopäätöksenä esitetään, että pitkäaikaisessa auringonvalolle altistuksessa sininen valo muokkasi kasvien morfologiaa ja transkriptien muutoksia, kun taas sekä sininen valo, että lyhytaaltoinen UV-säteily indusoivat flavonoidien akkumulaatiota; seuraavaan sukupolveen ulottuva lyhyen UV-säteilyn vaikutus vaikutti jälkeläisten sinisen valon ja UVB-säteilyn vasteisiin eri lailla kahdella kasvikannalla; sekä sininen valo, että UV-säteily osallistuivat ennakoivaan kuivuudenkestävyyden vahvistamiseen toimimalla, ei stressinä, vaan ympäristön vihjeinä, vaikkakin kasvikantojen vasteet tässä vaihtelivat. Täten tulokset tukivat neljää esitettyä hypoteesia.

La radiación UV-B es la forma más energética de luz solar que alcanza la superficie terrestre, y a la que las plantas se encuentran inevitablemente expuestas. Dosis elevadas de UV-B, como las que se perciben durante el verano, producen daño en diversas biomoléculas y afectan el crecimiento de las plantas.En particular, la inhibición del crecimiento de las hojas se debe a que el UV-B afecta los procesos de proliferación y/o expansión celular, como consecuencia, en parte, del daño que produce en el ADN. En Arabidopsis thaliana existen diversas vías que controlan estos procesos, aunque la participación de la mayoría de ellas en las respuestas al UV-B, así como la presencia de una conexión entre las mismas, aún no han sido dilucidadas. Conjuntamente, el remodelado de la cromatina es un proceso fundamental en la respuesta al daño en el ADN. El complejo CAF-1, una chaperona de histonas de tipo H3/H4, participa en la reparación del daño al ADN, en los procesos de recombinación y en el control de la expresión de diversos genes. Si bien se ha descripto su participación en la respuesta al estrés causado por diferentes agentes genotóxicos, aún no se ha estudiado si interviene en las respuestas al UV-B.En este trabajo de Tesis se demostró que los factores de transcripción E2Fb y E2Fc, pertenecientes a la vía del Retinoblastoma, participan de la regulación del crecimiento de Arabidopsis luego de la exposición al UV-B a través de mecanismos diferentes, aunque ambos regulan de manera antagónica la expresión de E2Fe, otro factor de transcripción cuya participación en la respuesta al UV-B ya ha sido dilucidada. Por un lado, E2Fc regula la expresión de genes de respuesta al daño en el ADN y actúa de manera epistática sobre el microARN 396, el cual también interviene en la regulación del crecimiento de las hojas bajo condiciones de iluminación con UV-B. Por otro lado, E2Fb contribuye, en parte, con las respuestas al UV-B mediadas por E2Fe, al regular el inicio del endociclo. En lo que respecta a CAF-1, se determinó mediante la utilización de líneas de Arabidopsis deficientes en la actividad de este complejo, que cumple funciones diferentes en las hojas y en las raíces en respuesta a la radiación UV-B. Esto puede deberse a que la participación de CAF-1 en los mecanismos de respuesta a este tipo de estrés sea específica para cada tipo de tejido.En conclusión, los resultados obtenidos indican que existe una compleja red regulatoria para mantener el crecimiento de las plantas en función de las condiciones ambientales, y en particular frente a niveles incrementados de radiación UV-B. Fil: Gomez, Maria Sol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina

Capítulo 1: “Estudio del rol de enzimas que participan en la acetilación de histonas en las respuestas frente a la radiación UV-B en plantas de Arabidopsis thaliana” Arabidopsis thaliana posee cuatro familias de histonas acetiltransferasas, la familia GNAT que posee 3 miembros denominados HAG1, HAG2 y HAG3; la familia MYST que posee 2 miembros, HAM1 y HAM2; la familia p300/CBP que posee 5 miembros denominados HAC1, HAC2, HAC4, HAC5 y HAC12; y la familia TAFII250, que posee 2 miembros, HAF1 y HAF2. En este trabajo de Tesis, la utilización de plantas de Arabidopsis thaliana con niveles nulos o disminuidos de las histonas acetiltransferasas de las familias HAG, HAC y HAF nos permitió demostrar que las histonas acetiltransferasas HAG3, HAF1 y HAC1 tienen diferentes roles durante la exposición de las plantas a la radiación UV-B, debido a que regulan la expresión de genes de respuesta al UV-B que son necesarios para el desarrollo de las mismas en respuesta a esta radiación. Capítulo 2: “Estudio del crecimiento de la hoja de plantas de maíz expuestas al UV-B solar” En Argentina, la producción agropecuaria es uno de los ejes de la economía, siendo el maíz uno de los principales cultivos. En trabajos anteriores se demostró que la radiación UV-B inhibía el crecimiento de las hojas de maíz. En este trabajo de Tesis, demostramos que los niveles de radiación UV-B presentes en la radiación solar inhiben el crecimiento de las hojas de maíz como consecuencia de una disminución en la producción celular; y esta respuesta está mediada, en parte, por el factor de transcripción ZmGRF1. Fil: Fina, Julieta Paola. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2014 La DNA glicosilasa METHYL BINDING DOMAIN 4 (MBD4) al igual que el gen codificante para la misma están muy bien caracterizados en animales. Sin embargo, al presente no existen estudios sobre el gen que codifica para esta enzima en plantas, donde se desconoce su patrón de expresión, participación en procesos biológicos y de desarrollo y sus efectos sobre respuestas al estrés. En bacterias y animales MBD4 forma parte de uno de los sistemas de reparación del DNA donde actúa como DNA glicosilasa monofuncional. Estructuralmente MBD4 pertenece a la superfamilia HhH-GPD y actúa sobre diversos sustratos, constituyendo una enzima multifacética implicada en diversos procesos celulares. En este trabajo de Tesis doctoral se seleccionó y caracterizó un homólogo de MBD4 de humanos en Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), llamada METHYL BINDING DOMAIN 4- LIKE (MBD4L). Los resultados contenidos en este trabajo indican que AtMBD4L presenta dos transcriptos alternativos, uno de ellos no descripto anteriormente. Ambos transcriptos codifican para dos proteínas nucleares que conservan intacto el dominio DNA glicosilasa y difieren en la región N-terminal. Se observó, además que el dominio de MBD4L presenta una estructura similar a la descripta para la superfamilia HhH-GPD DNA glicosilasa, a la cual también pertenece MBD4 de animales y está muy conservado desde bacterias hasta humanos, aunque no presenta proteínas homólogas en Arabidopsis. Para contribuir a la caracterización funcional del gen se estudió la participación de AtMBD4L en procesos de desarrollo y en respuestas al estrés biótico y abiótico. Se determinó que MBD4L participa en la decondensación de heterocromatina centromérica que sufre el genoma de Arabidopsis en infecciones con Pseudomonas syringaae pv. tomato DC3000 (P. syringae pv. tomato) y favorece el crecimiento del patógeno en la planta. Además, el análisis de fenotipos en plantas mutantes y silenciadas para AtMBD4L indicó que dicho gen participa en procesos del desarrollo vegetativo y reproductivo de Arabidopsis. Por otra parte, para abordar la participación de MBD4L en respuestas al estrés abiótico se utilizaron plantas mutantes y líneas transgénias sobre-expresantes, las cuales demostraron que MBD4L estimula la tolerancia al estrés oxidativo y salino en plantas adultas, pero no durante la germinación. Finalmente, durante este trabajo de Tesis doctoral se propusieron diferentes blancos para MBD4L, aunque por el momento se desconoce le mecanismo de acción. En condiciones de infección con el patógeno bacteriano, MBD4L podría actuar sobre las repeticiones y transposones centroméricos, permitiendo la activación de reguladores negativos de la defensa. Durante el desarrollo, MBD4L podría regular la expresión de FLC, determinando el tiempo de floración, posiblemente mediante mecanismos epigenéticos. En condiciones de estrés oxidativo y salino en plantas adultas, MBD4L podría participar en la reparación del genoma de Arabidopsis, removiendo mutaciones tales como U:G, T:G y 5-hmU. Fil: Nota, María Florencia. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina. Fil: Alvarez, María Elena. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina. Fil: Alvarez, María Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Fil: Paraje, María Gabriela. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Escuela de Biología; Argentina. Fil: Paraje, María Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal; Argentina. Fil: Genti de Raimondi, Susana Del Valle. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Bioquímica Clínica; Argentina. Fil: Genti de Raimondi, Susana Del Valle. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; Argentina. Fil: Argaraña, Carlos Enrique. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina. Fil: Argaraña, Carlos Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Fil: Casati, Paula. Universidad Nacional de Rosario; Argentina. Fil: Casati, Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina.

Fil: Arce, Agustín Lucas. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas; Argentina. La familia HD-Zip de factores de transcripción (FTs) de plantas está compuesta por proteínas que unen ADN a mediante un homodominio y dimerizan a través de un cierre de leucinas. Los miembros de la subfamilia I están principalmente involucrados en respuestas relacionadas al ABA y reconocen con máxima afinidad la misma secuencia. Sin embargo, generan una variedad de fenotipos cuando son expresados utilizando el promotor 35SCaMV. Para estudiar esta divergencia funcional, se realizó un análisis filogenético y se identificaron 6 clados con regiones C terminales (RCTs) características. Éstas presentaron motivos de activación AHA y sitios putativos de fosforilación y sumoilación. Mediante ensayos de símple híbrido en levaduras se observó la capacidad de transactivar de la RCT de AtHB13. La expresión en Arabidopsis de proteínas quiméricas mostró que estas regiones son funcionalmente divergentes in planta. Por otra parte, se reconstruyó una red de regulación transcripcional involucrando FTs HD-Zip I y II. Se utilizaron microarreglos de tratamientos de estrés abiótico de Arabidopsis, obteniéndose listas de blancos directos putativos para cada FT, llamadas módulos de actividad transcripcional (MATs). Los promotores de los genes de los MATs presentaron elementos ABRE, señalando una potencial regulación cruzada con otros FTs. La coordinación de la expresión en estrés por calor sugirió una participación de los FTs HD-Zip en esta respuesta. La caracterización funcional de los MTAs mostró categorías nuevas y desconocidas para los FTs estudiados. Este trabajo profundiza nuestro conocimiento sobre los mecanismos de acción de los FTs HD-Zip y genera nuevas hipótesis para investigaciones futuras. The HD-Zip family of transcription factors (TFs) is composed of proteins that bind DNA through a homeodomain and dimerize through a leucine zipper. Subfamily I members are mainly involved in ABA responses and bind the same sequence with maximum affinity. Nonetheless, they generate a variety of phenotypes when expressed under the 35SCaMV promoter. To study the source of this functional divergence, a phylogenetic and functional analysis was performed with 178 proteins, allowing the identification of 6 clades with characteristic C-terminal regions (CTRs) outside the HD-Zip domain. These regions presented AHA activation motifs and putative phosphorylation and sumoylation sites. Yeast-one hybrid assays verified the activation capability of the CTR of AtHB13. The overexpression in Arabidopsis of chimerical proteins from HaHB1 and HaHB4 and their phenotypical analysis showed that these regions are also functionally divergent in planta. The reverse engineering of the transcriptional regulatory networks in which HD-Zip I and II TFs participate was also performed. A dataset involving different abiotic treatments in Arabidopsis was used and lists of putative targets were obtained for each TF, called modules of transcriptional activity (MTAs). The promoters of MTA genes presented ABRE elements, indicating a potential cross-talk with TFs from other families. Coordinated expression of MTA genes was observed under heat stress, suggesting a previously unknown participation of HD-Zip TFs in this stress. The functional characterization of MTA genes revealed new and previously associated categories. This work improves our knowledge on the mechanism of action of HD-Zip TFs and generates new hypothesis for future research. Universidad Nacional del Litoral Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas