Predictive and in-silico functional analysis of small RNAs in the Trichoderma atroviride-Arabidopsis thaliana interaction

Abstract

"Las plantas y sus microorganismos han desarrollado mecanismos moleculares, producto de su coevolución, los cuales son fundamentales para poder establecer una relación simbiótica entre ellos. Ejemplos de estos mecanismos es el uso de RNAs pequeños (sRNAs) para modular la expresión génica entre reinos, suceso denominado ck-RNAi (por sus palabras en inglés cross-kingdom RNAi). La biogénesis canónica de un sRNA involucra el reconocimiento de una molécula precursora de RNA la cual madura a un RNA < 200 nucleótidos (nt) de longitud. Esto mediante la participación de proteínas como las ribonucleasas tipo III, denominadas en plantas como proteínas similares a Dicer (DCLs, por sus siglas en inglés). Recientemente se ha reportado que los sRNAs pueden ser generados a partir de moléculas de tRNA o rRNA, pero poco se conoce de sus mecanismos moleculares. De la misma manera se tiene poco conocimiento acerca de ck-RNAi en interacciones simbióticas de origen mutualista. Se estudiaron 8 genotecas de secuenciación masiva de sRNAs en la interacción Trichoderma-Arabidopsis durante 24, 48, 72 y 96 horas de cocultivo (hcc) y 18 genotecas de secuenciacion masiva de mRNAs a 48, 72 y 96 hcc. Se implementaron análisis bioinformáticos para detectar sRNAs que posiblemente participen en un evento de ck-RNAi; determinar su organismo productor, moléculas precursoras y sus posibles funciones. A su vez también se infirió una red de co-expresión sRNAs-mRNAs para identificar las diversas asociaciones (co-expresión y regulación) entre estos. Durante los tiempos de interacción, Arabidopsis y Trichoderma produjeron diferentes cantidades de sRNAs. Aquellos sRNAs que presentaron mayores cambios a lo largo de los tiempos estudiados fueron anotados como tRFs. Los blancos predichos de estos tRFs están involucrados en la defensa de la planta, en su actividad metabólica y de traduccion. Se observó una red de regulación de estos tRFs con diversos blancos al compararlos con datos de expresión génica, siendo principalmente genes asociados involucrados en la defensa de la planta. Los resultados sugieren una posible comunicación ck-RNAi principalmente compuesta de fragmentos de RNA derivados de tRNAs (tRFs), siendo producidos predominantemente por Arabidopsis durante 48 y 72 hcc y por Trichoderma durante las 96 hcc, afectando principalmente procesos de defensa en la planta."

"Plants and microorganisms have co-evolved molecular mechanisms to establish symbiotic relationships. One of these mechanisms is the use of small RNAs (sRNAs) to modulate gene expression to each other, which is called cross-kingdom RNAi (RNA interference). The canonical sRNA biogenesis includes recognition of a precursor RNA and the activity of Ribonucleases type III, called in plants Dicer-Like proteins (DCLs) to produce RNAs < 200 nucleotides (nt) in length. The biogenesis of sRNAs derived from tRNA and rRNA molecules has been recently reported, although little is known about their biogenesis and function in gene regulation. Currently, information related to cross-kingdom RNAi in mutualistic symbiotic interactions is scarce. In this study, 8 sRNA-seq libraries and 18 mRNA-seq libraries from the interaction between Trichoderma atroviride, a mutualistic fungus, and the model plant Arabidopsis thaliana during 24-, 48-, 72-, and 96 hours of coculture (hcc) were analyzed. Bioinformatic analyses were carried out to dissect the sRNAs that putatively participate in a cross-kingdom interaction (ck-sRNAs), as well as to determine their producing organism, precursor molecules, and their potential roles. Additionally, an sRNA-gene co-expression network was inferred to identify diverse associations (co-expression and regulation) between them. Arabidopsis and Trichoderma produce different amounts of sRNAs through their time of interaction. tRNA-derived RNA fragments (tRFs) are the main sRNA found in both organisms, changing their abundances through time. Targets for these sRNAs were associated with plant defense, metabolic activity, and translational processes in the plant. The sRNA-gene co-expression network has, in their majority, targets involved in plant defense response. Results suggest a possible ck-RNAi communication derived from tRFs at different times of the interaction (24- to 96 hcc), being mainly produced by Arabidopsis at 48- and 72 hcc and by Trichoderma at 96 hcc. These regulations mainly affected plant defense biological processes; thus plant defense mechanisms are the main regulatory objective during Trichoderma-Arabidopsis interaction in 24-, 48-,72-, and 96 hcc."