El momento de la expresión de CAB 1 es una proteína que en Arabidopsis thaliana está codificada por el gen TOC1 . TOC1 también se conoce como APRR1 similar a un regulador de respuesta de dos componentes .
TOC1 fue el primer gen vegetal que, al mutar, produjo un fenotipo circadiano. Codifica el factor de transcripción TOC1, que afecta el período de los ritmos circadianos de las plantas : oscilaciones integradas y maleables que se repiten cada 24 horas. El gen codifica un represor transcripcional , TOC1, uno de los cinco reguladores de pseudorespuesta (PRR) que median el período del reloj circadiano en las plantas. La proteína TOC1 está implicada en el ciclo vespertino del reloj, que es un represor que inhibe directamente la transcripción de los genes LHY y CCA1 del ciclo matutino . [1] El gen Toc1 se expresa en la mayoría de las estructuras y células vegetales y tiene su locus en el cromosoma 5.[2]
El gen TOC1 fue descubierto inicialmente por el profesor Andrew Millar y sus colegas en 1995 cuando Millar era estudiante de posgrado. Millar desarrolló una innovadora pantalla genética directa en la que vinculó un indicador bioluminiscente , luciérnaga ( luciferasa ), con la expresión de CAB (proteína de unión a clorofila-a,b; consulte Complejos de recolección de luz de plantas verdes ) en Arabidopsis . Al medir la bioluminiscencia a lo largo del día, Millar encontró que la expresión CAB mostraba patrones oscilatorios en luz constante y oscilaba con un período más corto en plantas mutantes toc1. También asignó el gen toc1 al cromosoma 5. Estos métodos y descubrimientos se publicaron y aparecieron en la portada de la revista Science en febrero de 1995.[3]
En parte porque los estudios iniciales de los genes del reloj se realizaron en Drosophila en la década de 1970 y luego en mamíferos, originalmente se pensó que el reloj circadiano de las plantas funcionaba de manera similar al reloj de los mamíferos. En los mamíferos, los elementos reguladores positivos y negativos actúan en bucles de retroalimentación para impulsar las oscilaciones circadianas; es decir, los genes Per y Cry son activados por elementos positivos CLOCK y BMAL para producir proteínas que, cuando se fosforilan, actúan como elementos negativos para inhibir la función activadora del complejo CLOCK:BMAL. De esta forma, Per y Cry inhiben su propia transcripción. [4] [5]
En contraste, el grupo de Millar descubrió que la proteína TOC1 es un regulador negativo y que el reloj de la planta se modela mejor como un represor , un sistema en el que un gen reprime a otro y, a su vez, es reprimido por el siguiente, formando un gen oscilante interdependiente. red. Este hallazgo se logró a través de 1) mutantes de Arabidopsis con expresión del gen toc1 constitutivo (siempre activado) , que mostraron una disminución de la abundancia de ARNm en los genes del bucle de la mañana prr7 y 9, cca1 y los genes del bucle de la tarde y lhy gi y elf4; y 2) plantas con mutaciones en toc1 y plantas en las que se usó RNAi para desactivar toc1. Estos mutantes sin toc1 funcional mostraron una fase avanzada para lhy, lo que sugiere una menor represión en ausencia de la proteína TOC1.[6]
Un estudio realizado por Carl Strayer y sus colegas encontró que la participación transcripcional del gen toc1 acortaba los ritmos circadianos en la oscuridad constante además de la luz constante, y que TOC1 estaba regulado circadianamente e involucrado en la regulación de su propio circuito de retroalimentación. [7]