Biosíntesis de terpenoides en arabidopsis thaliana: estudio de la escualeno sintasa y la farnesildifosfato sintasa mitocondrial
- Autores: Antonio Busquets Bisbal
- Directores de la Tesis: Albert Ferrer Prats (dir. tes.), Montserrat Arró Plans (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2008
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Narciso Campos Martínez (presid.), Manuel Rodríguez Concepción (secret.), Harro J. Bouwmeester (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Las enzimas escualeno sintasa (SQS) y fanesildifosfato sintasa (FPS) ocupan posiciones clave en la vía del mevalonato (MVA) de síntesis de isoprenoides. En estudios previos en Arabidopsis thaliana se había descrito la existencia de dos secuencias, SQS1 y SQS2, con capacidad para codificar isoenzimas SQS, si bien sólo se había caracterizado el gen SQS1, cuya funcionalidad se había demostrado mediante complementación fenotípica del correspondiente mutante de levadura. La funcionalidad de la isoenzima SQS2 se asumía en base a su identidad de secuencia con la isoenzima SQS1. Por otra parte, se habían obtenido plantas transgénicas de A. thaliana que sobreexpresaban las isoenzimas FPS1S (citosólica) y FPS1L (mitocondrial). Estas plantas presentaban fenotipos comunes (senescencia prematura de hojas aisladas), así como fenotipos diferenciales (necrosis vs clorosis).
Teniendo en cuenta estos antecedentes y con la finalidad de avanzar en la caracterización de las isoenzimas SQS y FPS de A. thaliana se plantearon los siguientes objetivos de trabajo: (1) Caracterizar funcionalmente la secuencia genómica SQS2 de A. thaliana y la isoenzima que codifica; (2) Profundizar en la caracterización de las plantas transgénicas de A. thaliana que sobreexpresan las isoenzimas FPS1S y FPS1L, analizar las causas de las alteraciones fenotípicas observadas en estas plantas y obtener más información sobre el papel de las dos isoenzimas FPS en la vía del MVA; e (3) Investigar los efectos de la sobreexpresión de la isoenzima FPS1L sobre la producción de terpenos volátiles de interés biotecnológico en las mitocondrias de A. thaliana.
Los resultados obtenidos durante el desarrollo de la tesis han permitido demostrar que la secuencia genómica SQS2 es transcripcionalmente activa, presentando un patrón de expresión altamente especializado, sólo se expresa en el tejido vascular del hipocotilo y el peciolo de las hojas y los cotiledones. También se ha demostrado que la proteína SQS2 es incapaz de catalizar la síntesis de escualeno a partir de FPP, sin embargo es capaz de catalizar la primera etapa de la reacción. Se ha demostrado la imposibilidad de obtener una línea mutante por inserción con pérdida total de actividad del gen SQS 1, lo cual es plenamente coherente con el hecho que A. thaliana sólo presenta un gen SQS funcional y que la síntesis de esteroles es crucial para la viabilidad de la planta.
Respecto a las isoformas de las FPS se ha demostrado que los fenotipos observados en las plantas que sobreexpresan la isoforma FPS1S, y el fenotipo de senescencia prematura y alteraciones de los niveles de citoquininas en las plantas que sobreexpresan FPS1L, son consecuencia de un desequilibrio metabólico debido al incremento de actividad FPS, junto con el mantenimiento de los niveles de actividad HMGR. Un incremento constitutivo de la actividad HMGR, sea cual sea la isoenzima que se sobreexprese, evita la formación de estos fenotipos. Sin embargo no evita la formación de lesiones cloróticas de las plantas que sobreexpresan FPS1L. Por otro lado se ha demostrado que el fenotipo de alteraciones en los niveles de citoquininas y el fenotipo de lesiones necróticas, en el caso de la FPS1S, o cloróticas, en el caso de la FPS1L, son dos procesos que se desencadenan debido a diferentes mecanismos, ya que no presentan una misma colocalización espacial. Finalmente se ha demostrado que el fenotipo de lesiones cloróticas observado en las plantas que sobreexpresan la FPS1L, no son debidas a la acumulación de FPP o algún derivado tóxico.
En cuanto a la emisión de terpenos volátiles, se ha demostrado que un incremento en las mitocondrias de la actividad FPS produce un incremento en la emisión de monoterpenos y sesquiterpenos en las plantas que expresan la terpeno sintasa FaNESl. Cuando estas plantas se someten a condiciones de luz continua, se produce un incremento de un orden de magnitud en la emisión de terpenos volátiles. Como conclusión final se puede afirmar que las mitocondrias de A. thaliana son una excelente plataforma biotecnológica para la producción de monoterpenos y sesquiterpenos.
