Expression of heat shock protein and trehalose-6-phosphate synthase homologues induced during water deficit in cotton Translated title: Expressão de homólogos de uma proteína de choque térmico e da enzima trehalose-6-fosfato sintase durante déficit hídrico em algodão

Abstract

Tolerance to drought in plants is not a simple trait, but a complex of mechanisms working in combination to avoid or to resist water deficit. Genotypes that differ in tolerance to water deficit may show qualitative and quantitative differences in gene expression when submitted to drought periods. Four cotton (Gossypium hirsutum L.) genotypes (Siokra L-23, Stoneville 506, CS 50 and T-1521) with contrasting responses to water deficit stress were studied using the Differential Display (DD) technique to identify and isolate genes which may differ among them. Fifty-two cDNA fragments differentially expressed during water deficit were isolated, cloned and sequenced. Search of gene bank databases showed that two cDNA clones, A12B15-6 and A12B13-1, have high homology with a heat shock protein that binds to calmodulin found in Nicotiana tabacum (2.9e-32 P(N)) and with an Arabidopsis thaliana trehalose-6-phosphate synthase enzyme (9.0e-37 P(N)), respectively. One of the presumed functions of heat shock proteins is related to prevention of protein denaturation during cellular dehydration. Trehalose-6-phosphate synthase is involved in the production of trehalose, a disaccharide known to osmotically protect cell membranes during dehydration. The HSP homologue was found to be differentially expressed during the drought period in two drought tolerant genotypes but not in drought-sensitive genotypes. The trehalose-6-phosphate synthase homologue was also up-regulated during water deficit stress, however, all four genotypes were induced to express this homologue. Ribonuclease protection assays confirmed these results. This is an important finding since there are only few reports of trehalose presence in higher plants and none in cotton.

Translated abstract

Tolerância à seca em plantas não é uma característica simples, mas sim um complexo de mecanismos trabalhando em combinação para evitar ou tolerar períodos de déficit hídrico. Genótipos que diferem em tolerância à déficits hídricos apresentam diferenças qualitativas e quantitativas de expressão gênica. Quatro genótipos de algodão (Gossypium hirsutum L.) (Siokra L-23, Stoneville 506, CS 50 e T-1521) que apresentam distintas respostas quando submetidos ao déficit hídrico, foram estudados pelo uso da técnica "Differential Display -- (DD)". Com esta técnica é possivel identificar e isolar genes diferencialmente expressos nestes genótipos. Cinquenta e dois fragmentos de DNA complementar (DNAc) foram isolados, clonados e seqüenciados. Análises em bancos de dados mostraram que dois clones de DNAc, A12B15-6 e A12B13-1 tem alta homologia com uma proteína de choque térmico que adere a calmodulin, e é encontrada em Nicotiana tabacum (2.9e-32 P(N)) e com a enzima trehalose-6-fosfato sintase de Arabidopsis thaliana (9.0e-37 P(N)), respectivamente. Uma das funções propostas para as proteínas de choque térmico (HSP) é a de prevenir a desnaturação de proteínas durante a desidratação celular. A enzima trehalose-6-fosfato sintase esta envolvida na produção de trehalose, um disacarídio conhecido por estar envolvido na proteção de membranas celulares durante a desidratação. O homólogo da HSP foi encontrado diferencialmente expresso durante o período de seca em dois genótipos tolerantes à seca, mas não nos genótipos sensíveis. O homólogo da enzima trehalose-6-fosfato sintase foi também induzido durante o déficit hídrico, entretanto, todos os quatro genótipos expressaram este homólogo. Ensaios protegidos de ribonucleases confirmaram os resultados.