Identificación de mecanismos reguladores de la síntesis de isoprenoides plastídicos mediante la caracterización de mutantes de Arabidopsis thaliana

• Autores: Catalina Perelló Llabrés
• Directores de la Tesis: Manuel Rodríguez Concepción (dir. tes.), Joaquín Azcón Bieto (dir. tes.), Pablo José Pulido Gómez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2013
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Albert Boronat (presid.), Vicent Burlat (secret.), María de los Reyes Benlloch Ortiz (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
    • Biología vegetal (botánica)
      • Fisiología vegetal
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  Dipòsit Digital de la UB 
• Resumen

  • Las plantas, como organismos sésiles, necesitan mecanismos que les permitan adaptarse y poder anticiparse a las condiciones ambientales que pueden influir en sus procesos metabólicos y fisiológicos. Uno de los procesos bioquímicos más relevantes en plantas es la síntesis de isopentenil pirofosfato y dimetilalil pirofosfato mediante la ruta del metileritritol 4-fosfato (MEP) que produce los isoprenoides plastídicos. Buena parte del control de la ruta se da a través de mecanismos postranscripcionales de regulación de los enzimas de la vía, aunque también a través del control de la expresión génica. Entre los mecanismos que regulan la homeóstasis vegetal se encuentra el reloj circadiano, que contribuye a mantener ritmos de aproximadamente 24 horas en diferentes procesos que tienen lugar en la planta. Se seleccionaron mutantes del reloj circadiano de Arabidopsis thaliana con la ruta del MEP alterada a partir de la resistencia a fosmidomicina (FSM), un inhibidor específico del enzima que sintetiza MEP en el primer paso específico de la ruta, 1-Deoxi-D-xilulosa 5-fosfato reductoisomerasa (DXR). Los mutantes con una pérdida de función del oscilador central del reloj circadiano TIMING OF CAB EXPRESSION 1 (TOC1) presentaron una elevada resistencia a FSM; estos mutantes presentaron niveles elevados de proteína DXR pero no de tránscritos comparado con plantas silvestres, lo que sugiere un tipo de regulación postranscripcional. Mientras que los niveles de proteína DXR permanecen estables en plantas silvestres, la pérdida de función de TOC1 provoca una oscilación de los mismos, observándose la máxima diferencia entre el mutante y las plantas silvestres a principio del día. Esta oscilación de DXR en las plantas mutantes es dependiente de fotoperiodo siendo máxima en día largo. TOC1 podría tener, por otra parte, un efecto represor sobre la división plastídica ya que se observaron plastos más pequeños y en mayor abundancia en el mutante toc1-1. La sobreexpresión de DXR-GFP provoca cambios estructurales en los plastos, entre ellos la formación de vesículas subplastídicas que contienen la proteína recombinante. Dada la importancia de la regulación postranscripcional sobre DXR se planteó como segundo objetivo estudiar la posible participación de chaperonas plastídicas Cpn60 en la regulación de DXR. Experimentos de Complementación Fluorescente Bimolecular demostraron que DXR interacciona in vivo con las dos isoformas de tipo ¿ y las cuatro de tipo ß que componen los dos tipos de complejos Cpn60 descritos (¿7ß7 y ß14). Estos resultados sugieren que Cpn60 podría tener un papel en el plegamiento de DXR. El mutante arc2 (deficiente en Cpn60¿1) mostró una mayor sensiblidad a FSM y una reducción en los niveles de DXR activa, a pesar del aumento de los niveles de tránscrito con respecto a las plantas silvestres. La sobreexpresión de Cpn60¿1-GFP genera también una disminución en los niveles de DXR y en la resistencia a FSM. Es posible que tanto un aumento como una disminución en los niveles de Cpn60¿1 desestabilice los complejos Cpn60 ¿7ß7 por alterar la estequiometría de los mismos, además la desestabilización de estos complejos Cpn60 aumenta la tasa de degradación de DXR. Estos datos sugieren que el complejo Cpn60 ¿7ß7 podría replegar y por tanto recuperar formas inactivas de DXR que, de lo contrario, serían degradadas. La pérdida de función de TOC1 no afecta la expresión de ninguno de los genes codificantes para isoformas Cpn60 pero resulta en una disminución en los niveles proteicos de las isoformas Cpn60ß. Por tanto, la disminución de subunidades Cpn60ß en el mutante toc1-1 podría causar un enriquecimiento de los complejos ¿7ß7 en detrimento de los ß14, favoreciendo así el plegamiento y la acumulación de DXR activa.