Resumen de Oximes and nitric oxide signalling in Medicago truncatula root system architecture
- español
El óxido nítrico (NO) es una molécula señalizadora ampliamente conocida en el mundo vegetal, relacionada con cada etapa en el desarrollo de la planta. De entre todas sus funciones descritas, se sabe que actúa sinérgicamente con el ácido indol-3-acético (IAA), promoviendo el desarrollo de raíces secundarias. Hasta ahora tan solo se han confirmado algunas vías de síntesis del NO, todas ellas reductivas, mientras que aún no se ha revelado vía oxidativa alguna. Varios informes de nuestro grupo de investigación han medido síntesis de novo de NO3- y NO2- en Pisum sativum y M. truncatula crecidas con NH4+ como única fuente de nitrógeno (datos sin publicar). Este hecho sugiere la existencia de una vía oxidativa para el NH4+ en fabáceas. Se propone también que este mismo mecanismo puede ser parte de la señalización por toxicidad de NH4+ y de los procesos para su mitigación. Dada su configuración molecular, las oximas son buenos candidatos para ser precursores del NO, y, por tanto, el primer paso de esta vía de oxidación de nitrógeno. Entre todas las oximas, la Indol-3-acetaldoxima (IAOx) es especialmente relevante ya que se sitúa en la encrucijada entre el IAA y los indol glucosinolatos. El papel del IAOx en el desarrollo y señalización está muy poco estudiado en crucíferas, y es prácticamente desconocido en otras familias. En esta tesis doctoral intentamos demostrar que el IAOx está presente en M. truncatula y que posee, además, importantes funciones de señalización durante el desarrollo radicular. Por último, hipotetizamos que la señalización de IAOx está mediada por NO. Para esta labor, hemos sintetizado IAOx y una colección de otras oximas indólicas y no indólicas puras y hemos utilizado un enfoque farmacológico utilizando la planta leguminosa modelo M. truncatula. Hemos medido el fenotipo radicular, cuantificado los compuestos indólicos en tejido (parte aérea y raíz) y medido la expresión de los genes de Indol-3-acetaldehido oxidasa e IAOx deshidratasa. Nuestros datos muestran que todas las oximas promueven el fenotipo ‘superoot’, concordando con nuestra hipótesis de que el IAOx produce su efecto a través de la liberación de NO. Este nuevo conocimiento es un gran paso hacia el descubrimiento de la vía oxidativa de síntesis de NO en plantas y arroja luz a la interacción entre IAOx, IAA y la nutrición nitrogenada, que será imprescindible para futuras investigaciones en campos de cultivo.
- English
Nitric oxide (NO) is a widely recognized signalling molecule in plants. It affects almost every developmental step during the whole plant’s lifespan. Among all of its already described functions, NO is recognised to act synergistically with Indole-3-acetic acid (IAA), promoting the development of the secondary roots. Until now, only a few reductive NO synthesis pathways have been confirmed, whereas no oxidative pathway has been yet described. Experiments of our research group measured de novo synthesis of NO3- and NO2- in Pisum sativum and M. truncatula grown with NH4+ as the sole N source (unpublished data). This fact suggests the existence of an oxidative pathway for NH4+ in the Fabaceae family, which is proposed to be part of the signalling of the NH4+ toxicity and to participate in the alleviation mechanism. Due to their molecular configuration, oximes are very strong candidates for being the precursors of NO, and thus the first step into this nitrogen oxidation pathway. Among these oximes, Indole-3-acetaldoxime (IAOx) is particularly relevant since it is placed in the crossroad between IAA and indole glucosinolates. The role of IAOx in growth-signalling and root phenotype is poorly studied in cruciferous plants and mostly unknown in non-cruciferous plants. In this PhD thesis, we aim to demonstrate that IAOx is present in M. truncatula playing an important role of signalling during plant root development and also that this signalling is mediated by NO. For that purpose, we synthesized a set of pure IAOx and other indolic and non-indolic oximes and performed pharmacological approaches with the model legume M. truncatula. We analysed the root phenotype, quantified the indolic compounds in tissue (shoots and roots) and measured the Indole-3- acetaldehyde oxidase and IAOx dehydratase genes expression. Our data showed that all the oximes promoted the ‘superoot’ phenotype. All this matches with the hypothesis that IAOx exerts its signalling by liberating NO. This new knowledge is a step forward towards the discovery of an oxidative NO synthesis pathway in plants and throws light into the interplay between IAOx, IAA and nitrogen nutrition, which will be paramount for further field research in crop production.
