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Título

Función del gen 3-cetoacil-CoA tiolasa 2 (KAT2 ) en defensa y desarrollo. Participación de los peroxisomas en las respuestas

AutorCastillo López de Toro, M. Cruz
DirectorLeón, José
Palabras claveArabidopsis
Acido Jasmónico (JA)
Senescencia foliar
Fecha de publicación2008
EditorUniversidad Politécnica de Valencia
ResumenLa β-oxidación es un proceso metabólico esencial en las células eucarióticas. Tradicionalmente, esta ruta catabólica ha sido considerada en plantas como la vía principal de degradación de ácidos grasos en las células. Sin embargo, en los últimos años, la β-oxidación de plantas está siendo objeto de un gran interés científico por su implicación en funciones relacionadas con el desarrollo y la defensa. En este contexto, aunque en estudios bioquímicos previos se había propuesto la participación de reacciones de β-oxidación en la biosíntesis de ácido salicílico (SA) y ácido jasmónico (JA), moléculas señalizadoras clave en las respuestas de defensa de plantas frente a patógenos y herida, no se había descrito la implicación de ningún enzima de β-oxidación hasta la realización de este trabajo. De todos los pasos enzimáticos implicados en esta ruta, la familia de las 3-cetoacil-CoA tiolasas (KAT) son las enzimas y genes menos estudiados. Este trabajo se ha centrado en la caracterización molecular y funcional de los distintos genes que codifican proteínas KAT de Arabidopsis, principalmente del gen KAT2 que codifica la proteína con la función KAT mayoritaria en β-oxidación en Arabidopsis. Para determinar las posibles funciones del gen KAT2 en procesos relacionados con el desarrollo y con la defensa de las plantas, se generaron plantas transgénicas con pérdida o ganancia de función del gen y otras donde la secuencia promotora de KAT2 se fusionó a genes delatores, las cuales permitieron caracterizar en mayor profundidad el patrón de expresión de este gen en Arabidopsis. Los análisis de expresión realizados demostraron que la herida activa transcripcionalmente genes de β-oxidación con un patrón de inducción específico. Concretamente, el gen KAT2 aumentó su expresión a través de una vía de señalización independiente de la señalización mediada por JA y posiblemente dependiente de ácido abcísico. Además, plantas transgénicas con una expresión reducida del gen KAT2 mostraron en respuesta a la herida una disminución severa en la acumulación de JA, indicando que KAT2 interviene en la biosíntesis de JA en respuesta a herida y posiblemente en otras respuestas de defensa dependientes de esta hormona. Este resultado constituye la primera evidencia de la implicación de un enzima de β-oxidación en la biosíntesis de JA en plantas. Por el contrario, frente a patógenos biotrofos como Pseudomonas syringae o a luz ultravioleta C, cuya defensa depende mayoritariamente de la síntesis y señalización de SA en la planta, el análisis de genes marcadores permitió comprobar que KAT2 no interviene en la síntesis de esta hormona. Por tanto, la ruta de biosíntesis de SA dependiente de reacciones de β-oxidación, descrita previamente en solanáceas, no está activa en respuesta a estrés en
Arabidopsis. Además de las respuestas a estrés, se analizó la función del gen KAT2 en procesos del desarrollo como la germinación, el establecimiento postgerminativo y en procesos de senescencia. Estos análisis demostraron que KAT2 es necesario para el desarrollo de la plántula y que constituye un factor regulador esencial para la correcta activación del programa de senescencia foliar, ya que plantas transgénicas con una reducción de la expresión del gen mostraron problemas graves de desarrollo postgerminativo en ausencia de sacarosa y un retraso en la senescencia de hojas tanto en condiciones naturales como inducidas por oscuridad. Además, se observó una alta expresión del gen a lo largo del desarrollo y maduración de los órganos florales, que podría estar relacionada con su función en la biosíntesis de JA o de otras hormonas como auxinas, cuya síntesis también puede darse a través de reacciones de β-oxidación. Por último, ya que la β-oxidación se localiza en peroxisomas, y estos orgánulos se han relacionado en multitud de ocasiones con respuestas a estrés en plantas, se analizó el papel de los peroxisomas en respuesta a la herida, analizando el número y el tamaño de estos orgánulos y los posibles componentes de las vías de señalización implicadas en estos procesos. La herida no produjo ningún cambio en el número o tamaño de estos orgánulos, a diferencia de la droga hipolipidémica clofibrato (CFB), proliferador de peroxisomas altamente caracterizado en animales. El JA actúa como un regulador negativo de la proliferación de estos orgánulos ya que produjo una disminución del número de peroxisomas y un aumento del tamaño de éstos. Por otra parte, el análisis de las vías de señalización activadas en respuesta a CFB, desconocidas hasta el momento en plantas, determinó que aunque son distintas, comparten elementos comunes con las vías activadas en respuesta a herida como COI1, aunque se trata de procesos desacoplados que difieren en la capacidad de promover proliferación de peroxisomas. Además, la activación transcripcional de los genes de β-oxidación o de herida en respuesta al tratamiento con JA, CFB o en herida, no esta vinculada con la integridad de los peroxisomas, como indican los resultados obtenidos en plantas transgénicas deficientes en la función del gen PEX14, que presentan peroxisomas con alteraciones morfológicas graves y con defectos en el transporte de proteínas peroxisomales. Por último, análisis transcriptómicos determinaron que el CFB se percibe principalmente como un compuesto xenobiótico en plantas, activando mayoritariamente la expresión de genes que codifican componentes típicos de las respuestas de detoxificación.
DescripciónTesis doctoral del Departamento de Biotecnología de la Universidad Politécnica de Valencia, realizada en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP-CSIC-UPV)
URIhttp://hdl.handle.net/10261/18761
Aparece en las colecciones: (IBMCP) Tesis
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