Identificación de arn no codificante de cadena larga en tarwi (Lupinus mutabilis Sweet)

Abstract

El tarwi (Lupinus mutabilis) es una leguminosa con un alto potencial agronómico y aunque su genoma aún no ha sido secuenciado, cuenta con importante información transcriptómica disponible. Sin embargo, no se han estudiado los ARN de cadena larga no codificante (ARNlncs) en esta especie. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue identificar los ARNlncs en 12 librerías de ARN-seq de tarwi. Para lograrlo, se empleó un enfoque multifacético que involucró la predicción, anotación, ubicación celular, caracterización termodinámica, conservación estructural y validación de ARNlncs. Se identificaron 590 ARNlncs por al menos dos algoritmos de identificación de ARNlncs. La anotación con la base de datos PLncDB mostró 571 ARNlncs únicos y 19 ARNlncs con homología en 28 familias botánicas, incluyendo Solanaceae (19), Fabaceae (17), Brassicaceae (17), Rutaceae (17), Rosaceae (16), y Malvaceae (16), entre otras. En total, 12 ARNlncs mostraron homología en más de 40 especies. Según cuatro algoritmos de ubicación celular, el 67 por ciento de los ARNlncs se ubicaron en el citoplasma, y 33 por ciento en exosomas. La caracterización termodinámica permitió encontrar el ARNlnc S03 con una estructura secundaria estable (-105,67 kcal/mol). Esta estructura incluyó tres regiones, con un bucle con ramificaciones múltiples que contiene una horquilla con un elemento similar a la secuencia de inserción de selenocisteína (SECIS). La evaluación de la conservación estructural por Crossalign reveló similitudes parciales entre tarwi (S03) y L. lycopersicum (Solyc04r022210.1). La validación por RT-PCR demostró que S03 se sobreexpresa en condiciones de estrés por sequía y en el estadío E4 de desarrollo floral en tarwi. Finalmente, estos resultados resaltan la importancia de los ARNlncs en el mejoramiento de tarwi durante el desarrollo reproductivo y bajo sequía.

Tarwi (Lupinus mutabilis) is a legume with high agronomic potential and even though its genome has not been sequenced, there is important transcriptomic information. However, long non coding RNAs (lncRNAs) have not been studied in this species. Therefore, the objective of this research was to identify lncRNAs in 12 ARN-seq libraries of L. mutabilis. Hence, a multilevel approach was used, based on lncRNA prediction, annotation, subcellular location, thermodynamic characterization, structural conservation, and validation. Thus, 590 lncRNAs were identified by at least two algorithms of lncRNA identification. Annotation with the PLncDB database showed 571 lncRNAs unique to tarwi and 19 lncRNAs with homology in 28 botanical families including Solanaceae (19), Fabaceae (17), Brassicaceae (17), Rutaceae (17), Rosaceae (16), and Malvaceae (16), among others. In total, 12 lncRNAs had homology in more than 40 species. 67 per cent of the lncRNAs were located in the cytoplasm and 33 per cent in exosomes. Thermodynamic characterization enabled the identification of S03 with a stable secondary structure ( 105.67 kcal/mol). This structure included three regions, with a multibranch loop containing a hairpin with a Selenocysteine Insertion Sequence-like (SECIS-like) element. The evaluation of the structural conservation by Crosslign revealed partial similarities between tarwi (S03) and S. lycopersicum (Solyc04r022210.1). RT-PCR validation demonstrated that S03 was upregulated under drought conditions and in the E4 stage of flower development in tarwi. Finally, these results highlighted the importance of lncRNAs in tarwi improvement during the reproductive development stage and under drought conditions.