Repositorio
Institucional

Lee, Hyoungseok

Transcriptomic responses of Antarctic plants to in situ warming: uncovering molecular mechanisms behind physiological adjustments

OXFORD UNIV PRESS

ANNALS OF BOTANY

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Background and Aims Previous studies using open-topped chambers to simulate warming in Antarctic field conditions have shown distinct physiological responses between the two Antarctic vascular plants Colobanthus quitensis and Deschampsia antarctica. Colobanthus quitensis exhibited significantly increased photosynthetic capacity and growth during in situ warming conditions, whereas D. antarctica showed no differences in these parameters. To understand the differences in ecological strategies of these plants in response to climate change, it is important to elucidate the molecular mechanisms underlying physiological responses.Methods Transcriptome profiling was performed on plants from open-topped chambers and a control open area on King George Island, after three growing seasons. Differential gene expression was analysed using RNA sequencing, followed by Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway enrichment analyses to identify key biological processes affected by in situ warming.Key Results Colobanthus quitensis exhibited significant upregulation of photosynthesis-related genes, including aquaporins, carbonic anhydrases and Rubisco activase, enhancing CO2 diffusion and assimilation. Conversely, D. antarctica showed downregulation of photosynthetic pathways but upregulation of genes related to flowering, including flowering-promoting factor and phytochrome-regulatory proteins. Both species showed molecular signatures suggesting reduced freezing tolerance in warming conditions, potentially increasing their susceptibility to frost damage.Conclusions The results indicate distinct ecological strategies between the two plants in response to in situ warming. Colobanthus quitensis enhances its photosynthetic efficiency, whereas D. antarctica appears to accelerate its reproductive phase rather than focusing on growth. These findings contribute to our understanding of how Antarctic plants might respond to ongoing climate changes, with potential implications for their future resilience to extreme environmental conditions.Antecedentes y objetivos Estudios previos que utilizaron cámaras abiertas para simular el calentamiento en condiciones de campo antárticas han mostrado respuestas fisiológicas distintas entre las dos plantas vasculares antárticas Colobanthus quitensis y Deschampsia antarctica. Colobanthus quitensis exhibió una capacidad fotosintética y un crecimiento significativamente mayores durante las condiciones de calentamiento in situ, mientras que D. antarctica no mostró diferencias en estos parámetros. Para comprender las diferencias en las estrategias ecológicas de estas plantas en respuesta al cambio climático, es importante dilucidar los mecanismos moleculares que subyacen a las respuestas fisiológicas. Métodos Se realizó un perfil transcriptómico en plantas de cámaras abiertas y un área abierta de control en la Isla Rey Jorge, después de tres temporadas de crecimiento. La expresión génica diferencial se analizó mediante secuenciación de ARN, seguida de análisis de enriquecimiento de vías de Gene Ontology y Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes para identificar procesos biológicos clave afectados por el calentamiento in situ. Resultados clave Colobanthus quitensis exhibió una regulación positiva significativa de genes relacionados con la fotosíntesis, incluyendo acuaporinas, anhidrasas carbónicas y Rubisco activasa, mejorando la difusión y asimilación de CO2. Por el contrario, D. antarctica mostró una regulación negativa de las vías fotosintéticas pero una regulación positiva de genes relacionados con la floración, incluyendo el factor promotor de la floración y las proteínas reguladoras del fitocromo. Ambas especies mostraron firmas moleculares que sugieren una tolerancia reducida a la congelación en condiciones de calentamiento, lo que potencialmente aumenta su susceptibilidad al daño por heladas. Conclusiones Los resultados indican estrategias ecológicas distintas entre las dos plantas en respuesta al calentamiento in situ. Colobanthus quitensis mejora su eficiencia fotosintética, mientras que D. antarctica parece acelerar su fase reproductiva en lugar de centrarse en el crecimiento. Estos hallazgos contribuyen a nuestra comprensión de cómo las plantas antárticas podrían responder a los cambios climáticos actuales, con posibles implicaciones para su futura capacidad de resistencia a condiciones ambientales extremas.

artículo original

Antarctic

aquaporin

carbonic anhydrase

Colobanthus quitensis

Deschampsia antarctica

open-topped chamber

Rubisco activase

transcriptome

warming

10.1093/aob/mcaf108

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COLD-ACCLIMATION

VASCULAR PLANTS

MESOPHYLL CONDUCTANCE

COLOBANTHUS-QUITENSIS

CLIMATE-CHANGE

TUNDRA PLANTS

CO2

GROWTH

WINTER

REPRODUCTION

COLD-ACCLIMATION

VASCULAR PLANTS

MESOPHYLL CONDUCTANCE

COLOBANTHUS-QUITENSIS

CLIMATE-CHANGE

TUNDRA PLANTS

CO2

GROWTH

WINTER

REPRODUCTION

Biología Molecular

Ecología

Botánica

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verde

restringido

restringido

WOS:001525349600001

Transcriptomic responses of Antarctic plants to in situ warming: uncovering molecular mechanisms behind physiological adjustments

artículo original

OXFORD UNIV PRESS

ANNALS OF BOTANY

Plant Sciences

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0305-7364

Korea Polar Research Institute grant(Korea Polar Research Institute of Marine Research Placement (KOPRI))#Ministry of Oceans and Fisheries, Korea#National Agency for Research and Development, Chile

Korea Polar Research Institute grant [KOPRI PE24130]

Ministry of Oceans and Fisheries, Korea [PM24030, 20200610]

National Agency for Research and Development, Chile [ACT210038, 1211231, 1201824, FB210006]

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