Función y regulación de los sistemas de entrada y translocación de K+ en la raíz en plantas de Arabidopsis thaliana L. y Solanum lycopersicum L

• Autores: Jesús Amo Pérez
• Directores de la Tesis: Francisco Rubio Muñoz (dir. tes.), Manuel Nieves Cordones (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Murcia ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 262
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: DIGITUM
• Resumen
  • español

    Durante el desarrollo de esta tesis doctoral se ha llevado a cabo el estudio de los mecanismos implicados en la entrada de K+ en la raíz de la planta, en la translocación a la parte aérea y en la regulación de estos procesos. El estudio de todos los procesos mencionados se ha llevado a cabo a través de experimentos para los que se han utilizado diversas herramientas como el cultivo hidropónico de plantas, la producción de plantas ‘Knock out’ mediante CRISPR-Cas, la determinación del contenido de cationes y aniones, técnicas de electrofisiología para la determinación de potenciales de membrana en células de la raíz y experimentos de fijación de voltaje en ovocitos de Xenopus laevis, ensayos de fluorescencia, experimentos de complementación en levaduras y manejo de microscopios y análisis de imagen. Todo ello ha permitido, cumplir con los objetivos que fueron propuestos para esta Tesis Doctoral: 1. Estudio del papel de SlHAK5, LKT1 y SlCIPK23 en la entrada y translocación de K+ en la planta de tomate. 2. Caracterización de la función de SlCIPK23 en la regulación de los mecanismos de entrada de Na+ en la raíz. 3. Estudio de la regulación de SlSKOR por SlCIPK23. 4. Expresión en plantas de sensores de iones codificados genéticamente. El cumplimiento de los objetivos se ve reflejado en las siguientes conclusiones obtenidas tras la realización de los experimentos: 1. El modelo de captación de K+ de Arabidopsis se conserva en las plantas de tomate en cuanto a los principales actores implicados, SlHAK5, LKT1 y SlCIPK23. Sin embargo, se observan algunas diferencias en cuanto a los rangos de concentración de K+ en los que estos actores son relevantes para la nutrición de K+. 2. Las plantas de tomate requieren una correcta nutrición de K+ bajo un alto suministro de Mg2+ lo que explica que las plantas lkt1 sean hipersensibles a altas concentraciones externas de Mg2+. 3. La absorción de Na+ de las plantas de tomate está mediada en gran medida por un sistema de transporte regulado por SlCIPK23.Este sistema puede funcionar a concentraciones bajas y altas de Na+. Una vía independiente de SlCIPK23 también contribuye a la absorción de Na+ a altas concentraciones. 4. El uso de inhibidores sugiere que el sistema de transporte de Na+ regulado por SlCIPK23 que se observa en las plantas sin K+ es inhibido por NH4+. El sistema independiente de SlCIPK23 es inhibido por Ba2+, Ca2+, Li+ y La3+. 5. El transporte de Na+ mediado por los dos miembros de HKT presentes en el tomate (SlHKT1.1 y SlHKT1.2) no está regulado por los complejos SlCIPK23-SlCBL. 6. En tomate, SlSKOR es inhibida por SlCIPK23-SlCBL1/9. Esta vía reguladora está presente en Medicago, vid y lechuga y se pierde en Arabidopsis o Eutrema salsugineum. 7. Los dominios N-terminal y transmembrana de SlSKOR están implicados en la inhibición mediada por SlCIPK23. Alrededor del 20 % de la regulación se debe fosforilación y el 80% se debe a otro mecanismo. 8. El uso de Indicadores de Potasio Genéticamente Codificados (GEPIs) nos permitió mostrar que la homeostasis citosólica de K+ en Arabidopsis se mantiene en el rango 0-20 mM de concentraciones externas de K+ 9. Los estudios llevados a cabo con GEPI mostraron que el ATP externo conduce a una disminución transitoria del K+ citosólico en Arabidopsis. Esto podría constituir una señal celular para procesos posteriores

  • English

    During the development of this doctoral thesis, the mechanisms involved in the entry of K+ into the plant root, in the translocation to the aerial part and in the regulation of these processes have been studied. The study of all the aforementioned processes has been carried out through experiments using different tools such as hydroponic plant culture, the production of 'knock out' plants by means of CRISPR-Cas, the determination of cation and anion content, electrophysiology techniques for the determination of membrane potentials in root cells and voltage fixation experiments in Xenopus laevis oocytes, fluorescence assays, complementation experiments in yeast and the use of microscopes and image analysis. The specific objectives that have been proposed for this Doctoral Thesis are the following: 1. Study of the role of SlHAK5, LKT1, and SlCIPK23 in the uptake and translocation of K+. in the tomato plant. 2. Characterization of the role of SlCIPK23 in the regulation of Na+ uptake in the root. 3. Study of the regulation of SlSKOR by SlCIPK23. 4. Expression of genetically encoded ion sensors in plants. The fulfilment of the objectives is reflected in the following conclusions drawn from the experiments: 1. The K+ uptake model of Arabidopsis is conserved in tomato plants regarding the main actors involved, SlHAK5, LKT1, and SlCIPK23. However, some differences can be observed regarding to the ranges of K+ concentrations where these actors are relevant for K+ nutrition. 2. Tomato plants require a correct K+ nutrition under high Mg2+ supply which explains that the lkt1 plants are hypersensitive to high external Mg2+ concentrations. 3. The Na+ uptake in K+ -starved tomato plants is to a great extent mediated by a transport system that is regulated by SlCIPK23. This system can operate at low and high Na+ concentrations. A SlCIPK23-independent pathway also contributes to Na+ uptake at high concentrations. 4. The use of inhibitors suggests that the SlCIPK23-regulated Na+ transport system observed in K+ -starved plants is inhibited by NH4+. The SlCIPK23- independent system is inhibited by Ba2+, Ca 2+, Li+ and La3+. 5. The Na+ transport mediated by the two HKT members present in tomato (SlHKT1.1 and SlHKT1.2) is not regulated by SlCIPK23-SlCBL complexes. 6. In tomato, SlSKOR is inhibited by SlCIPK23-SlCBL1/9. This regulatory pathway is present in Medicago, grapevine and lettuce and lost in Arabidopsis or Eutrema salsugineum. 7. The N-terminus and transmembrane domains of SlSKOR are involved in SlCIPK23-mediated inhibition. Around 20 % of regulation is due to phosphorylation and 80 % is due to another mechanism. 8. The use of Genetically Encoded Potassium Indicators (GEPIs) allowed us to show that the cytosolic K+ homeostasis in Arabidopsis is maintained in the 0-20 mM range of external K+ concentrations. 9. Studies carried out with GEPI showed that external ATP leads to a transient decrease in cytosolic K+ in Arabidopsis. This could constitute a cellular signal for downstream processes.