miRNA and mRNA Expression Profiles Reveal Insight into Chitosan-Mediated Regulation of Plant Growth

Resumo

A quitosana tem sido estudada como um regulador de crescimento vegetal e indutor de tolerância ao estresse. Para investigar o papel da quitosana como biorregulador na planta e desvendar seus possíveis mecanismos de respostas metabólicas, investigamos simultaneamente os perfis de expressão de mRNAs e microRNAs (miRNAs) de mudas de trigo em resposta ao heptâmero de quitosana. Encontramos 400 genes expressos diferencialmente responsivos à quitosana, incluindo 268 mRNAs up-regulated e 132 down-regulated, muitos dos quais relacionados à fotossíntese, metabolismo primário de carbono e nitrogênio, respostas de defesa e fatores de transcrição. Além disso, os miRNAs também participam da regulação mediada pela quitosana no crescimento da planta. Identificamos 87 miRNAs conhecidos e 21 novos, entre os quais 56 miRNAs foram induzidos ou reprimidos por heptâmero de quitosana, como miRNA156, miRNA159a, miRNA164, miRNA171a, miRNA319, e miRNA1127. A análise integrativa dos perfis de expressão de miRNA e mRNA neste caso fornece informações fundamentais para uma investigação mais aprofundada dos mecanismos de regulação da quitosana no crescimento vegetal e facilitará sua aplicação na agricultura.

Abstract

Chitosan has been numerously studied as a plant growth regulator and stress tolerance inducer. To investigate the roles of chitosan as bioregulator on plant and unravel its possible metabolic responses mechanisms, we simultaneously investigated mRNAs and microRNAs (miRNAs) expression profiles of wheat seedlings in response to chitosan heptamer. We found 400 chitosan-responsive differentially expressed genes, including 268 up-regulated and 132 down-regulated mRNAs, many of which were related to photosynthesis, primary carbon and nitrogen metabolism, defense responses, and transcription factors. Moreover, miRNAs also participate in chitosan-mediated regulation on plant growth. We identified 87 known and 21 novel miRNAs, among which 56 miRNAs were induced or repressed by chitosan heptamer, such as miRNA156, miRNA159a, miRNA164, miRNA171a, miRNA319, and miRNA1127. The integrative analysis of miRNA and mRNA expression profiles in this case provides fundamental information for further investigation of regulation mechanisms of chitosan on plant growth and will facilitate its application in agriculture.