The dynamics of HSP90 in developmental control in plants

The HSP90 system is an abundant and highly conserved molecular chaperone, with key roles in many pathways ranging from cellular homeostasis and signal transduction to development. However, its engagement in developmental pathways is poorly understood in plants. Since there are several members of the Hsp90 gene family, an RNAi approach was employed in Arabidopsis to comprehensively investigate the function of HSP90 proteins in a tissue specific manner. The LFY::HSP90RNAi lines lost their competence to flower suggesting that Hsp90 silencing compromise the regulatory network that controls the timing and/or the ability of flowering. However, short heat-shock treatments alleviated the LFY::HSP90RNA interference and flower-like structures were able to develop into flowers. These Hsp90 knockdown lines exhibited late flowering and were chosen for further analysis. Subsequent generations showed extreme bud and flower phenotypes while flowering time was highly affected in lightdependent manner. Many of the key components of flowering pathways were disturbed. Even though transgenic DNA samples showed modifications on the methylation status of the 5SrRNA sequence and the LFY promoter, perturbed flowering proceeded under normal growing conditions. BiFC and yeast-2-hybrid approaches demonstrated that HSP90s interact with two major flowering pathway integrators, SOC1 and AGL24. These findings reveal that deficiency in the HSP90 chaperone machinery disrupts the reproductive cycle and degrades the epigenetic control. The HSP90 buffering capacity impairment to the point of canalization distortion is discussed.Το σύστημα των HSP90 πρωτεϊνών αποτελεί ένα άφθονο και υψηλά συντηρημένο σύστημα μοριακού συνοδού, το οποίο διαδραματίζει εξέχοντες ρόλους σε πληθώρα βιολογικών διαδικασιών που κυμαίνονται από την κυτταρική ομοιόσταση και τη μετάδοση σήματος μέχρι την ανάπτυξη. Παρ’ όλα αυτά, η εμπλοκή του στα αναπτυξιακά μονοπάτια των φυτών δεν έχει καταστεί ακόμα πλήρως κατανοητή. Η παρούσα εργασία ασχολείται με το πώς η εξασθένηση της ρυθμιστικής ικανότητας των HSP90 προκαλεί παραμόρφωση στην καναλοποίηση της ανάπτυξης. Στο φυτό Arabidopsis η οικογένεια των HSP90 πρωτεϊνών αποτελείται από αρκετά μέλη. Χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της RNA γονιδιακής αποσιώπησης προκειμένου να καταστεί δυνατή η μελέτη της λειτουργίας των HSP90 πρωτεϊνών σε συγκεκριμένο αναπτυξιακό και ιστοειδικό στάδιο. Οι LFY::HSP90RNAi σειρές έχασαν την ικανότητά τους να ανθίζουν, κατάσταση που δηλώνει ότι η αποσιώπηση των Hsp90 γονιδίων διατάραξε τα ρυθμιστικά δίκτυα που ελέγχουν το χρόνο και/ή την ικανότητα της άνθισης. Όμως, βραχυπρόθεσμες εφαρμογές θερμικών σοκ ανέστρεψαν την LFY::HSP90RNA αποσιώπηση και σε ορισμένεις σειρές οι ανθόμορφες δομές που σχηματίστηκαν μπόρεσαν να εξελιχθούν σε άνθη. Αυτές οι LFY::HSP90RNAi σειρές επιλέχτηκαν για περαιτέρω ανάλυση. Οι επικείμενες γενιές παρουσίασαν εξαιρετικά δραματικούς φαινότυπους τόσο στα κλειστά όσο και στα ανοιχτά άνθη. Επίσης, η εφαρμογή διαφόρων συνθηκών φωτοπεριόδου επηρέασε εξαιρετικά το χρόνο άνθισης. Πολλά από τα βασικά συστατικά των μονοπατιών της άνθισης διαταράχθηκαν. Αν και τα απομονωμένα DNA δείγματα από τις διαγονιδιακές σειρές έδειξαν τροποποιήσεις στο πρότυπο μεθυλίωσης των φυτών τόσο στην 5SrRNA ακολουθία όσο και στον LFY προαγωγέα, η άνθιση, παρ’ ότι διαταραγμένη, προάγεται κάτω από κανονικές συνθήκες ανάπτυξης. Οι τεχνολογικές προσεγγίσειςτων BiFC και yeast-2-hybrid απέδειξαν ότι οι HSP90s αλληλεπιδρούν με δύο κυρίαρχους ρυθμιστές και μεσολαβητές της άνθισης, SOC1 and AGL24. Τα ευρήματα αυτά αποκαλύπτουν ότι η ανεπάρκεια του συστήματος του HSP90 μοριακού συνοδού διασπά των αναπαραγωγικό κύκλο των φυτών και αλλοιώνει τον επιγενετικό έλεγχο

Involvement of Epigenetic Mechanisms in Herbicide Resistance: The Case of Conyza canadensis

Glyphosate is the most important herbicide globally, and horseweed (Conyza canadensis) has been one of the most commonly encountered weed species that has developed resistance to it in various parts of the world, including Greece. After glyphosate application, horseweed populations show a wide range of phenotypic plasticity in response to selection pressure. In previous work, we have proposed a herbicide resistance mechanism that is not due to a point mutation at the codon 106 of EPSP synthase but most likely due to a synchronized overexpression of EPSPS and the ABC transporter genes. In the current study, it is hypothesized that the observed phenotypic alterations and differential expression of the EPSPS gene could be attributed to epigenetic changes. DNA methylation plays a pivotal role in many biological procedures such as gene expression, differentiation, and cellular proliferation. Sodium bisulfite sequencing was used to detect epigenetic changes that occur at the C5 position of cytosine residues within CpGdi nucleotides in two horseweed populations (resistant vs. susceptible). Results show differential methylation pattern between the two populations. This work will elucidate the naturally increased resistance of C. Canadensis to glyphosate and set the bases for future development of techniques that restrict weed resistance to herbicides