Tesis doctorales DPA - NES Doktoretza tesiak
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Browsing Tesis doctorales DPA - NES Doktoretza tesiak by Subject "Bases moleculares"
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Publication Open Access The role of plastidic phosphoglucose isomerase in the response of Arabidopsis thaliana to volatile compounds emitted by pathogenic microorganisms(2016) Sánchez López, Ángela María; Pozueta Romero, Javier; Bahaji, Abdellatif; Producción Agraria; Nekazaritza EkoizpenaEl almidón es un homopolímero ramificado de residuos de glucosa unidos covalentemente a través de enlaces de tipo α-1,4 y α-1,6. Sintetizado en el plastidio, este polisacárido de reserva constituye la forma principal de almacenamiento de carbohidratos en plantas superiores y un determinante importante tanto del crecimiento de la planta como de su relación con el entorno. Está ampliamente aceptado que el proceso de biosíntesis del almidón en hojas tiene lugar exclusivamente en el cloroplasto. Según esta interpretación, el almidón es el producto fi nal de una ruta metabólica conectada con el ciclo de Calvin- Benson (CBC) a través de la fosfoglucosa isomerasa plastidial (pPGI). Esta enzima cataliza la conversión de moléculas de fructosa-6-fosfato del CBC en moléculas de glucosa-6-fosfato, las cuales son metabolizadas en almidón a través de la acción combinada de la fosfoglucomutasa, la ADP-glucosa pirofosforilasa y la almidón sintasa. Las plantas perciben estímulos bióticos mediante el reconocimiento de una gran cantidad de compuestos procedentes de los organismos con los que interactúan. En este sentido cabe destacar que los microorganismos de la rizosfera sintetizan una gran cantidad de sustancias que regulan el desarrollo y el crecimiento de la planta. Además, estos microorganismos emiten una amplia gama de compuestos volátiles (VCs) que actúan como “infoquímicos” en la comunicación entre la planta y el microorganismo. Estudios llevados a cabo por el grupo de investigación en el que he desarrollado este trabajo de tesis doctoral demostraron que los VCs emitidos por una amplia gama de microorganismos (incluyendo patógenos y especies que normalmente no interactúan con la planta) fomentan la acumulación de cantidades excepcionalmente elevadas almidón en la planta. Dada la falta de conocimiento sobre los mecanismos implicados en este fenómeno y teniendo en cuenta a su vez el papel importante que juega el almidón en la interacción de la planta con su entorno, en este trabajo de tesis doctoral investigué las bases moleculares implicadas en la respuesta de la planta a los VCs microbianos, prestando especial atención al papel que juega la pPGI en esta respuesta. El primer capítulo de este trabajo describe la caracterización de dos mutantes (pgi1-2 y pgi1-3) carentes de actividad pPGI. Ambos acumulan en sus hojas un 10- 15% del almidón existente en hojas de plantas salvaje (WT). Contrariamente a lo que pudiera esperarse al tener en cuenta la interpretación clásica de la biosíntesis de almidón, análisis por microscopía revelaron la presencia de gránulos de almidón en cloroplastos de las células del mesófi lo de estos mutantes. Tanto pgi1-2 como pgi1-3 mostraron un crecimiento lento, una reducida capacidad fotosintética y un bajo balance NAD(P)H/NAD(P) con respecto a plantas WT. Estudios hormonómicos mostraron que el contenido de citoquininas (CKs) plastidiales en hojas pgi1 es muy reducido con respecto al existente en hojas WT. Además la aplicación exógena de CKs revirtió el fenotipo de defi ciencia de almidón de hojas de plantas pgi1. Los datos presentados en este trabajo indican que pPGI es un importante determinante de la fotosíntesis, el estado redox de la célula, el crecimiento y la acumulación de almidón en células del mesófi lo como consecuencia de su implicación en la producción de intermediarios de la vía oxidativa de las pentosas fosfato/glicólisis necesarios para la síntesis CKs plastidiales y poder reductor. El capítulo 2 muestra que VCs emitidos por microorganismos fi logenéticamente distantes (incluyendo bacterias y hongos benefi ciosos y patógenos) promueven el crecimiento, la acumulación de niveles excepcionalmente elevados de almidón y la fl oración en varias especies de plantas, incluidos cultivos de interés agronómico. Además, plantas de Arabidopsis expuestas a VCs emitidos por el fi topatógeno Alternaria alternata experimentaron un incremento en la fotosíntesis y un aumento del contenido de CKs. La magnitud de este fenómeno fue reducida en el mutante 35S:AtCKX1 defi ciente en CKs y en el mutante ahk2/3 de señalización de CKs, proporcionando así evidencia de que este tipo de hormonas juega un papel importante en la respuesta de las plantas a VCs microbianos. El análisis transcriptómico de hojas de Arabidopsis expuestas a VCs de A. alternata reveló cambios en la expresión de genes regulados por luz y CKs implicados en la fotosíntesis, la fl oración, el crecimiento y el metabolismo del almidón. Sorprendentemente, una gran cantidad de genes diferencialmente expresados en plantas tratadas con VCs de A. alternata son genes cuya expresión se ve alterada también en plantas expuestas a VCs emitidos por la bacteria benefi ciosa Bacillus subtilis GB03, sugiriendo que las plantas han desarrollado la capacidad de reaccionar a VCs emitidos por diferentes microorganismos a través de la activación o estimulación de mecanismos altamente conservados. Para entender mejor los mecanismos implicados en las respuestas de las plantas a los VCs emitidos por microorganismos e investigar en qué medida pPGI está implicada en este fenómeno, en el trabajo presentado en el capítulo 3 se caracterizó la respuesta del mutante pgi1-2 a los VCs emitidos por A. alternata. VCs emitidos por este hongo fi topatógeno promovieron el crecimiento, la fotosíntesis y la acumulación de CKs plastidiales en hojas pgi1-2. Contra todo pronóstico, VCs emitidos por A. alternata promovieron la acumulación de niveles excepcionalmente elevados de almidón en hojas pgi1-2. Análisis proteómicos revelaron que los VCs microbianos promueven cambios en la acumulación de proteínas involucradas en la fotosíntesis, el metabolismo del almidón y el crecimiento que pueden explicar las respuestas observadas en plantas pgi1-2. Los datos presentados en este capítulo muestran que las plantas de Arabidopsis son capaces de responder a VCs microbianos mediante la activación o la estimulación de mecanismos independientes de pPGI.