Molecular mechanisms of plastidial differentiation
Los carotenoides son isoprenoides que tanto los organismos fotosintéticos como algunos no fotosintéticos producen. Tienen funciones relacionadas con la fotosínte sis, la fotoprotección, la señalización y la pigmentación. A pesar de que los humanos no podemos sintetizarlos, los carotenoides proporcio...
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:265539 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/265539 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Cromoplast Cromoplasto Chromoplast Diferenciació Diferenciación Differentiation Carotenoides Carotenoids Ciències Experimentals |
| Sumario: | Los carotenoides son isoprenoides que tanto los organismos fotosintéticos como algunos no fotosintéticos producen. Tienen funciones relacionadas con la fotosínte sis, la fotoprotección, la señalización y la pigmentación. A pesar de que los humanos no podemos sintetizarlos, los carotenoides proporcionan propiedades nutricionales muy favorables para nuestra salud, principalmente por su papel como precursores de vitamina A. Las plantas sintetizan carotenoides en los plastos a partir del geranil geranil difosfato (GGPP) que se sintetiza a partir de la ruta del metileritritol 4-fosfato (MEP). Los cromoplastos son plastos especializados en la producción y acumulación de carotenoides que normalmente se originan por la diferenciación a partir de cloro plastos, pero el mecanismo de diferenciación no ha sido identificado. La transición cloroplasto-cromoplasto solo ocurre en algunos órganos de algunas especies, nor malmente en paralelo con otros muchos procesos como todos aquellos relacionados con la maduración del fruto. El objetivo de esta tesis doctoral ha sido la caracteri zación de un sistema artificial de diferenciación cloroplasto-cromoplasto en hojas de Nicotiana benthamiana, desencadenado por la expresión transitoria del gen bacteri ano crtB, que codifica una fitoeno sintasa, el primer paso de la ruta biosintética de carotenoides. Para una mejor caracterización de nuestro sistema artificial, inicialmente nos enfocamos en hojas de N. benthamiana cuatro días después de la agroinfiltración con crtB (una vez que un fenotipo amarillo estaba plenamente establecido), y las comparamos con regiones de las mismas hojas expresando GFP como control de agroinfiltración. Las regiones que expresaban crtB acumulaban fitoeno, aumentaban el contenido de carotenoides totales, detenían su actividad fotosintética y cambia ban la morfología de sus plastos hacia una similar a cromoplastos. De hecho, este fenotipo solamente se inducía cuando crtB se localizaba en los plastos, produciendo fitoeno a partir del GGPP derivado de la ruta del MEP. El análisis de RNA-seq a las 96 horas post-infiltración (hpi) mostró unos perfiles de transcripción globales con similaridades con el sistema de maduración de fruto en tomate (en el que los cloro plastos se diferencian en cromoplastos de forma natural) pero no con el proceso de senescencia en hojas de Arabidopsis thaliana (donde los cromoplastos degeneran a gerontoplastos). Para respaldar nuestros resultados, anotamos un nuevo genoma de N. benthamiana, utilizando genes de Arabidopsis como referencia e identificando homólogos para diferentes familias génicas. ix La segunda pare de la tesis estuvo enfocada en describir los eventos de ex presión génica durante la transición cloroplasto-cromoplasto. Un segundo exper imento de RNA-seq se llevó a cabo, abarcando ocho puntos desde las 22 a las 56 hpi. Los análisis de estos datos usando el nuevo genoma anotado de N. benthamiana y la comparación de los resultados con experimentos de RNA-seq enfocados en la diferenciación cloroplasto-cromoplasto en frutos mostró se trata de un proceso muy heterogéneo entre distintas especies vegetales, compartiendo solamente un pequeño porcentaje de sus perfiles de expresión génica. En N. benthamiana, se encontraron dos picos de cambios de expresión que correlacionan con las caídas en la actividad foto sintética: uno al principio y otro al final del proceso, con una etapa de relajación entre medias. Se observó un primer evento de represión en la expresión que afectaba a la expresión génica relacionada con el metabolismo primario y las chaperonas, proba blemente causado por el consumo de GGPP o por una respuesta ante la presencia de crtB. Esta represión fue seguida de una inducción en la expresión correlacionada con la acumulación de fitoeno y el descenso de la fotosíntesis, que afectaba a la expresión de genes de la ruta del MEP y genes relacionados con el ácido jasmónico (JA). El pico final de cambio en la expresión génica ocurrió simultáneamente con el segundo y definitivo evento de reducción fotosintética y el incremento de carotenoides totales. Los niveles hormonales de JA incrementaron en este último evento, mientras que los genes de la biosíntesis de carotenoides no estuvieron afectados durante el exper imento. Además de contribuir a un mejor entendimiento de la cromoplastogénesis, estos resultados proveen de anotaciones realizadas in-silico para futuros estudios en N. benthamiana. |
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