Unraveling new roles of geranylgeranyl diphosphate synthases and phytoene synthases in tomato

Resum

Els carotenoides són compostos isoprenoides essencials per a la fotosíntesi, la fotoprotecció, i com a precursors de reguladors del creixement com l’àcid abscísic (ABA) i les estrigolactones (SL). En algunes plantes, com el tomàquet (Solanum lycopersicum), els carotenoides també funcionen com a pigments que donen color a les flors i als fruits per atraure pol·linitzadors i als animals dispersors de llavors. Els carotenoides deriven del precursor geranil geranil difosfat (GGPP), sintetitzat als plasts per les GGPP sintases (GGPPS). Dues molècules de GGPP són després condensades per les fitoè sintases (PSY) per produir fitoè, el primer intermediari de la ruta dels carotenoides. Tot i que les GGPPS i PSY s’han estudiat àmpliament a Arabidopsis, el nostre coneixement de les famílies gèniques i la seva regulació a la majoria dels cultius, inclòs el tomàquet, és limitat. A Arabidopsis, només hi ha una isoforma de GGPPS què és essencial als plasts, on es capaç d’interaccionar amb l’única PSY present en aquesta espècie model. Tot i això, en tomàquet, hi ha tres gens que codifiquen isoformes de GGPPS (SlG1-3) i tres per a les isoformes de PSY (PSY1-3). L’objectiu principal d’aquesta tesi ha estat compendre millor la contribució específica de les isoformes GGPPS i PSY a la producció de carotenoides en diferents teixits de la planta de tomàquet. Per això, s’ha organitzat el treball en dos blocs principals: (1) identificar i caracteritzar els membres plastidials de la família GGPPS de tomàquet, i (2) confirmar i explorar els rols de les isoformes PSY. Utilitzem la tecnologia CRISPR-Cas9 per generar mutants de tomàquet defectius a les tres isoformes GGPPS i en dues de les isoformes PSY per assolir els nostres objectius. Descobrim que SlG3 funciona com a isoforma “housekeeping”, proporcionant la major part del GGPP necessari per produir isoprenoides fotosintètics en fulles i carotenoides en fruit, no obstant l’expressió de SlG2 s’activa en els moments de més demanda de carotenoides per ajudar amb GGPP extra. Curiosament, l’absència de SlG2 i SlG3 produeix fenotips letals durant el desenvolupament de la llavor. A més, descobrim que el paper de SlG1 es restringeix principalment a les arrels, on produeix GGPP per a la síntesi d’estrigolactones, i és incapaç de compensar la pèrdua de SlG2 i SlG3. Referint-nos a la família de PSY, les nostres dades indiquen que PSY2 és la principal isoforma productora de carotenoides als teixits fotosintètics, mentre que PSY1 funciona principalment en els cromoplasts de flors i fruits. A més, hem descobert un paper de PSY1 als teixits fotosintètics quan les plantes estan exposades a alta llum. A més, descobrim un rol per a aquestes isoformes a la producció d’ABA en diferents teixits del fruit. En particular, hem observat que PSY1 proporciona fitoè per a la síntesi d’ABA al pericarp, mentre que PSY2 té un paper a l’ABA de llavor, en el control de la germinació. A més, la pèrdua conjunta de les dues isoformes dona lloc a un fenotip albí letal, quelcom indica que PSY3 no és activa en els teixits fotosintètics durant el desenvolupament i que la seva funció es limita principalment a les arrels. Finalment, els nostres experiments de co-immunoprecipitació proteica han revelat interaccions específiques entre els membres de les famílies GGPPS-PSY: mentre SlG1 interactua amb PSY3, SlG2 ho fa amb PSY1 i PSY2, i curiosament, SlG3 no interactua amb cap PSY. Amb aquestes dades, concluim, que el parell SlG1-PSY3 és l’encarregat del subministrament de precursors per a la síntesi de SL a les arrels, mentre que els parells SlG2-PSY2 i SlG2-PSY1 canalitzen la producció de GGPP cap a la síntesi de carotenoides i ABA a la part aèria de la planta de tomàquet.

Data del Ajut	2 de des. 2022
Idioma original	Anglès
Supervisor	Manuel Rodriguez Concepcion (Director/a)