Studying the role of the strawberry Fra protein family in the flavonoid metabolism during fruit ripening

Strawberry fruits are highly appreciated worldwide due to their pleasant flavor and aroma and to the health benefits associated to their consumption. An important part of these properties is due to their content in secondary metabolites, especially phenolic compounds, of which flavonoids are the most abundant in the strawberry fruit. Although the flavonoid biosynthesis pathway is uncovered, little is known about its regulation. The strawberry Fra a (Fra) genes constitute a large family of homologs of the major birch pollen allergen Bet v 1 and for which no equivalents exist in Arabidopsis. Our group has shown that Fra proteins are involved in the formation of colored compounds in strawberries (Muñoz et al., 2010), which mainly depends on the production of certain flavonoids; that they are structurally homologs to the PYR/PYL/RCAR Arabidopsis ABA receptor, and that they are able to bind flavonoids (Casañal et al., 2013). With these previous results, our working hypothesis is that the Fra proteins are involved in the regulation of the flavonoids pathway. They would mechanistically act as the ABA receptor, binding a protein interactor and a ligand to regulate a signaling cascade and/or act as molecular carriers. The main objective of this research is to characterize the Fra family in strawberry and gain insight into their role in the flavonoid metabolism. By RNAseq expression analysis in ripening fruits we have identified transcripts for 10 members of the Fra family. Although expressed in all tissues analyzed, each family member presents a unique pattern of expression, which suggests functional specialization for each Fra protein. Then, our next approach was to identify the proteins that interact with Fras and their ligands to gain knowledge on the role that these proteins play in the flavonoids pathway. To identify the interacting partners of Fras we have performed a yeast two hybrid (Y2H) screening against cDNA libraries of strawberry fruits at the green and red stages. A protein that shares a 95% homology to the Heat stress transcription factor A-4-C like of Fragaria vesca (HSA4C) interacts specifically with Fra1 and not with other family members, which suggests functional diversification of Fra proteins in specific signaling pathways. The Y2H screening is not yet saturated, so characterization of other interacting proteins with other members of the Fra family will shed light on the functional diversity within this gene family. This research will contribute to gain knowledge on how the flavonoid pathway, and hence, the fruit ripening, is regulated in strawberry; an economically important crop but for which basic research is still very limited. References: Muñoz, C, et al. (2010). The Strawberry Fruit Fra a Allergen Functions in Flavonoid Biosynthesis. Molecular Plant, 3(1): 113–124. Casañal, A, et al (2013). The Strawberry Pathogenesis-related 10 (PR-10) Fra a Proteins Control Flavonoid Biosynthesis by Binding Metabolic Intermediates. Journal of Biological Chemistry, 288(49): 35322–35332.

Papel del inmunogen isg15 de lubina (Dicentrarchus labrax) en las infecciones por betanodavirus

En peces, al igual que en vertebrados superiores, la respuesta antiviral innata está mediada por el sistema interferón tipo I (IFN I), que actúa mediante la activación de genes denominados isg (interferon-stimulated genes), entre los que se incluye el gen isg15. La proteína codificada por este gen, denominada ISG15, presenta actividad antiviral actuando como citoquina, o mediante un mecanismo denominado ISGilación, que consiste en su unión covalente a proteínas víricas o celulares. Entre las enfermedades de etiología viral que afectan a la lubina (Dicentrarchus labrax), destaca la necrosis nerviosa viral, causada por el virus de la necrosis nerviosa (NNV, género Betanodavirus), que presenta dos segmentos de ARN monocatenario de polaridad positiva: ARN1 (polimerasa viral) y ARN2 (proteína de la cápside). Las diferencias en la secuencia de la región variable T4 del segmento ARN2 permiten su clasificación en 4 genotipos, siendo el genotipo RGNNV el único asociado a episodios de elevada mortalidad en lubina. El presente estudio contribuye a ampliar el conocimiento del papel del sistema IFN I en lubina frente a infecciones por betanodavirus, describiéndose la estructura del gen isg15, analizando su transcripción en respuesta a poli I:C y RGNNV; y evaluando su actividad in vitro. La lubina presenta un gen isg15, compuesto por dos exones y un intrón localizado en la región 5’-UTR. El ORF, de 474 pb, codifica una proteína de 157 aminoácidos constituida por dos dominios tipo ubiquitina y un motivo RLRGG en el extremo carboxilo terminal. La clonación del ORF en el plásmido pcDNA His/Max, y su posterior transfección en la línea celular E-11, ha permitido obtener una línea celular estable (DLISG15-E11), en la que se ha demostrado, mediante inmunofluorescencia indirecta, la localización citoplasmática de esta proteína. El análisis de transcripción muestra una respuesta más temprana e intensa tras la inducción por poli I:C que por RGNNV. Poli I:C estimula la expresión génica desde las 4 hasta las 24 h post-inyección (p.i.) en ambos órganos, y con una cinética similar. Sin embargo, ambos órganos difieren en el nivel de transcripción del gen tras la infección por RGNNV, produciéndose una estimulación temprana, desde las 12 h p.i., y de mayor nivel en el cerebro que en el riñón cefálico, órgano en el que la expresión comienza a las 72 h p.i. La actividad antiviral se ha evaluado mediante el análisis comparativo de la replicación de RGNNV, determinada mediante PCR cuantitativa, en células DLISG15-E11 y células control no transfectadas, no observándose diferencias significativas. Sin embargo, ISG15 podría actuar a otro nivel del ciclo de multiplicación viral, por lo que se están realizando ensayos de rendimiento vírico extracelular mediante titulación, y de ISGilación mediante Western-blot. El hecho de que el cerebro sea el principal órgano diana para la multiplicación de betanodavirus, y el papel antiviral atribuido a la ISG15, junto con los resultados obtenidos, contribuyen a dilucidar la importancia de este gen frente a las infecciones por RGNNV en lubina, incrementándose el conocimiento del papel del sistema del IFN I en la defensa frente a las infecciones vírcas y la relación patógeno-hospedador.