Understanding Mechanisms of Plastid Differentiation for Biofortification of Leaves
- Autores: Pablo Pérez Colao
- Directores de la Tesis: Manuel Rodríguez Concepción (codir. tes.), Jorge Lozano Juste (codir. tes.), Ismael Rodrigo Bravo (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de València ( España ) en 2026
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Ángel Blázquez (presid.), M. Águila Ruiz Sola (secret.), Laura Perez Fons (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biotecnología por la Universitat Politècnica de València
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RiuNet
- Resumen
Los isoprenoides plastídicos son una familia diversa de compuestos, muchos de los cuales desempeñan funciones clave en la fotosíntesis y la fotoprotección. Entre ellos, los carotenoides y los tocoferoles son potentes antioxidantes que también tienen relevancia nutricional como provitamina A y vitamina E, respectivamente. Las estrategias de biofortificación se han centrado tradicionalmente en mejorar la biosíntesis de estos compuestos, pero promover el desarrollo de estructuras de almacenamiento aparece como una alternativa prometedora para aumentar el contenido y la estabilidad de los isoprenoides plastídicos de interés. Aunque los mecanismos moleculares que regulan la biogénesis del cloroplasto son relativamente bien conocidos, aquellos que controlan la transformación de cloroplastos en cromoplastos u otros plastos almacenadores de metabolitos han sido mucho menos explorados. Esta tesis tiene como objetivo explorar nuevas estrategias de biofortificación basadas en crear nuevos lugares de almacenamiento de carotenoides y tocoferoles en las células vegetales, y aprender de ello en términos de los mecanismos moleculares que sustentan las transiciones plastídicas.
Para abordar este objetivo, se indujo artificialmente la sobreproducción de carotenoides en distintas localizaciones celulares con el fin de determinar si la formación de estructuras de almacenamiento es un proceso programado o una respuesta emergente a la presión metabólica. Los resultados indican que la acumulación excesiva de carotenoides, incluso fuera de los plastos, supera los límites de solubilidad y desencadena una reorganización espontánea de la arquitectura celular, con la formación de nuevas membranas y compartimentos lipídicos. Estos hallazgos sugieren que los plastos almacenadores no responden necesariamente a un programa de desarrollo rígido, sino que pueden surgir como consecuencia fisicoquímica del exceso metabólico.
En una segunda aproximación, se empleó un enfoque de biología química para inducir plastos almacenadores a partir de cloroplastos mediante el uso de la pequeña molécula X57. Este compuesto incrementa el contenido de tocoferoles combinando efectos de inducción biosintética, redistribución de precursores y aumento de la capacidad de almacenamiento a través de la proliferación de plastoglóbulos. El tratamiento con X57 provoca la conversión reversible de cloroplastos en plastos ricos en tocoferoles, lo que permitió analizar de forma controlada los procesos de desdiferenciación y rediferenciación plastídica.
Finalmente, se demostró que X57 actúa inhibiendo la fosfatasa SAL1, lo que conduce a la acumulación de la señal retrógrada PAP y a la represión de factores clave de la identidad del cloroplasto, como GLK1, junto con una reducción en los niveles de citocininas. Esta modulación regulatoria debilita la identidad fotosintética del plasto y lo predispone a reorganizarse hacia funciones de almacenamiento en respuesta a la acumulación de metabolitos. En conjunto, los resultados muestran que la diferenciación plastídica emerge de la interacción entre presión metabólica y control regulatorio, revelando una plasticidad estructural y funcional mayor de la previamente asumida.
