Exploring the diversity of geranylgeranyl diphosphate synthases in Arabidopsis thaliana and Solanum lycopersicum
Los isoprenoides forman la familia más amplia de metabolitos naturales y son especialmente diversos en el reino vegetal. Muchos isoprenoides vegetales con funciones esenciales y especializadas derivan del geranilgeranil difosfato (GGPP). La biosíntesis de este precursor es catalizada por la familia...
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/667192 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/667192 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Geranilgeranil difosfat sintasa Geranilgeranil difosfato sintasa Geranylgeranyl diphosphate synthase Arabidopsis Tomàquet Tomate Tomato Ciències de la Salut 577 |
| Sumario: | Los isoprenoides forman la familia más amplia de metabolitos naturales y son especialmente diversos en el reino vegetal. Muchos isoprenoides vegetales con funciones esenciales y especializadas derivan del geranilgeranil difosfato (GGPP). La biosíntesis de este precursor es catalizada por la familia de proteínas GGPP sintasa (GGPPS), que ha sido estudiada principalmente en Arabidopsis thaliana. Esta planta modelo consta de cinco genes parálogos que codifican para GGPPSs con diferentes localizaciones subcelulares. Curiosamente, sólo la ausencia del gen que codifica para la isoforma AtG11 produce letalidad, ya que es esencial para el desarrollo embrionario y del cloroplasto. Poco se sabe acerca de las enzimas GGPPS y su regulación en especies vegetales de interés humano. Los objetivos de esta tesis han sido (1) descifrar el mecanismo molecular responsable de la dualidad de fenotipos letales observados en diferentes alelos de pérdida de función del gen AtG11, y (2) identificar los miembros de la familia GGPPS en tomate (Solanum lycopersicum) y caracterizar el papel de las isoformas plastídicas en la biosíntesis de nutrientes beneficiosos para la salud que derivan del GGPP como son los carotenoides. En la primera parte de la tesis demostramos que el gen AtG11 produce tránscritos de diferente longitud que resultan en dos enzimas GGPPS diferencialmente localizadas. Las transcripciones largas se traducen en una proteína de localización plastídica que produce GGPP para la síntesis de isoprenoides involucrados en la fotosíntesis, como clorofilas y carotenoides. La pérdida de función de esta isoforma resulta en un fenotipo albino letal. Los tránscritos cortos, en cambio, carecen del primer codón ATG pero se traducen a partir de un segundo codón ATG que mantiene el marco de lectura. La proteína resultante mantiene la actividad GGPPS pero permanece en el citoplasma debido a la pérdida del péptido de tránsito al plasto en la región N terminal. Esta isoforma corta produce GGPP citosólico que es necesario para la progresión del desarrollo embrionario más allá de la etapa de corazón. En el segundo capítulo mostramos que los cinco genes que codifican para posibles GGPPSs en tomate dan lugar a proteínas con diferente distribución subcelular. Entre ellos encontramos que tres isoformas se localizan en plastos (SlG1, SlG2 y SlG3) y que están asociadas a la síntesis de carotenoides de forma específica en diferentes tejidos vegetales. El gen SlG1 se induce durante la micorrización donde se necesitan metabolitos derivados de carotenoides. La expresión de SlG2 se asocia principalmente a procesos fotosintéticos donde los carotenoides actúan como fotoprotectores. Finalmente, encontramos que el gen SlG3 se activa mayoritariamente durante la maduración del fruto donde se acumulan pigmentos de tipo carotenoide de alto valor nutricional. Los perfiles de expresión específicos y la localización subcelular diferencial sugieren una fuerte subfuncionalización de estos genes. Los datos presentados en esta tesis contribuyen a entender mejor la complejidad de la familia GGPPS en plantas. Esta información será útil para diseñar estrategias genéticas para generar plantas que produzcan metabolitos derivados de GGPP de alto interés en tejidos o compartimentos celulares particulares de forma más sostenible. |
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