Analysis of Genomic Organization, Distribution and Promoter Architecture of Histone Genes in Chlamydomonas reinhardtii

Abstract

En los últimos años, el alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii ha ganado interés comercial como plataforma biotecnológica para la producción de proteínas heterólogas de alto valor comercial. Sin embargo, el uso de esta alga con fines comerciales está limitado por la incapacidad de obtener cepas que expresen de forma eficientemente los transgenes. Las razones moleculares de esta problemática no están totalmente comprendidas. Las histonas son proteínas con un fuerte impacto en la expresión génica. Estás proteínas tienen la capacidad de formar una estructura de cromatina altamente compacta. Esto produce que el ADN sea menos accesible y, por lo tanto, un deficiente sustrato para la transcripción activa de genes. El objetivo de este proyecto de graduación es generar información valiosa que pueda ser utilizada como fuente inicial para futuras investigaciones sobre la regulación de expresión de genes a través de modificaciones en las histonas. Mediante BLAST recíproco, se identificaron todos los genes correspondientes a las cuatro histonas en Chlamydomonas y en otras algas verdes. La herramienta JBrowse de Phytozome se utilizó para visualizar y obtener información sobre la organización genómica y la distribución de cada gen de histona en Chlamydomonas. Para la identificación y caracterización de variantes, se realizaron análisis filogenéticos y de secuencias. También buscamos regiones conservadas, motivos, en los promotores de cada gen de histona en Chlamydomonas usando MEME Suite. Nuestros resultados muestran que Chlamydomonas contiene una mayor cantidad de genes de histonas en comparación con otras especies de algas y plantas superiores. Chlamydomonas codifica 125 histonas, incluyendo 35 H3, 32 H4, 30 H2A y 28 H2B. De estos, se identificaron siete variantes de histonas. Además, descubrimos que la mayoría de los genes de histonas se encontraron formando cuartetos, los cuáles están organizados en pares de H3-H4 y H2A-H2B, transcritos de manera divergente desde un único promotor. La distribución genómica de estos cuartetos no es aleatoria, la mayoría se encontraron agrupados en pocos cromosomas. El análisis de expresión indicó que la síntesis de la mayoría de las histonas está regulada por el ciclo celular y limitada a la fase S. El análisis de la región promotora confirmó la existencia de motivos conservados a través de la mayoría de los genes de histonas. Además, se identificó que el ARNm de histonas en esta alga es estabilizado por una secuencia palindrómica en el extremo 3’, esta secuencia puede ser esencial para la expresión coordinada de histonas.