Role of Plant Fibrillin 6 and Alternative Oxidase during Carotenoid Biosynthesis and Stress Response

Resum

Aquesta tesi doctoral investiga els papers de la respiració mitocondrial i les proteïnes fibrillines en el metabolisme vegetal, utilitzant principalment Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) i tomàquet (Solanum lycopersicum) com a organismes model. En particular, estudis previs han identificat funcions metabòliques de la fibrillina 6 (FBN6) i l'oxidasa alternativa mitocondrial (AOX) en plantes, però els seus rols durant la biosíntesi de carotenoides i les respostes a l'estrès no estan ben entesos. Els objectius d'aquesta tesi es van centrar en (i) investigar la rellevància de FBN6 en la producció de carotenoides i les respostes a l'estrès de llum intensa en Arabidopsis; (ii) estudiar el paper de la respiració AOX durant la biosíntesi de metabòlits primaris relacionats amb l'estrès en Arabidopsis; i (iii) analitzar la contribució, la regulació in vivo i (iv) els diferents rols de la respiració mitocondrial durant la biosíntesi de carotenoides i la maduració dels fruits de tomàquet. Aquests objectius es van abordar en quatre capítols diferents. En el capítol 1, es demostra que la proteïna FIBRILLIN6 (AtFBN6) d'Arabidopsis és crucial per a la biosíntesi de carotenoides, especialment sota condicions de llum intensa. AtFBN6 promou l'activitat de la fitoè sintasa (PSY), una enzima clau en la via de biosíntesi de carotenoides, destacant així el seu paper en l'augment dels nivells de carotenoides. L'estrès lumínic augmenta l'expressió d'AtFBN6, que interactua directament amb PSY per a donar suport a la producció de carotenoides. L'absència d'AtFBN6 redueix els nivells de carotenoides, indicant la seva funció essencial en aquest procés biosintètic i el seu paper protector contra els danys fotooxidatius. Al capítol 2, es posa de manifest el paper crític de la via AOX en el manteniment de l'activitat respiratòria i l'equilibri redox durant l'estrès hídric i salí, utilitzant mutants d'Arabidopsis que manquen del gen AOX1a (AtAOX1a). Els mutants aox1a mostren un rendiment fotosintètic reduït i nivells més alts de metabòlits relacionats amb l'estrès oxidatiu, subratllant la importància d'AOX per a equilibrar el redox cel·lular i evitar l'acumulació excessiva d'espècies reactives d'oxigen (ROS). A més, es demostra que la via AOX proporciona flexibilitat metabòlica, permetent la síntesi de metabòlits relacionats amb l'estrès i donant suport a l'osmoprotecció cel·lular. Al capítol 3, els estudis sobre la respiració mitocondrial i el repartiment d'electrons en fruits de tomàquet de plantes silvestres i mutants defectuosos en cromorespiració revelen que la respiració mitocondrial és la principal font d'energia durant la maduració. L'activitat in vivo de la via AOX augmenta significativament en l'etapa "breaker", convertint-se en el principal contribuent a la respiració climatèrica. Aquesta regulació de la via AOX està mediada per l'activació post-traduccional de la proteïna AOX. En general, la respiració AOX coincideix amb els canvis en el metabolisme primari, suggerint el seu paper en la maduració dels fruits. Finalment, al capítol 4, la generació de nous mutants aox1a en tomàquet revela la importància d'AOX1a per al creixement normal i el desenvolupament de teixits vegetatius i de fruit. Els fruits mutants aox1a mostren patrons respiratoris alterats i una expressió retardada dels gens induïts per etilè, afectant la maduració. Malgrat aquestes disrupcions, els mutants aox1a compensen amb l'augment d'AOX1b, restaurant parcialment les funcions metabòliques i els nivells de carotenoides. En conjunt, aquests resultats posen de manifest els múltiples rols de les proteïnes AOX i fibrillina en el metabolisme vegetal, la resposta a l'estrès i el desenvolupament.

Data del Ajut	18 d’oct. 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Manuel Rodriguez Concepcion (Director/a) & Igor Delfin Flórez Sarasa (Director/a)