The function of plant chloroplast redox systems in adaptation to light
- Autores: Belén Naranjo Río-Miranda
- Directores de la Tesis: Francisco Javier Cejudo Fernández (dir. tes.), Anna Marika Lindahl (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Número de páginas: 170
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- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
La regulación redox del metabolismo cloroplastídico desempeña un papel crucial en la adaptación de las plantas a las condiciones lumínicas. En este mecanismo regulatorio, que consiste en intercambios disulfuro-ditiol que afectan a la conformación y actividad de las proteínas dianas, juegan un papel muy importante las tiorredoxinas (Trxs).
En el cloroplasto existe una gran variedad de Trxs, agrupadas en distintas familias (f, m, x, y, z), cuyo poder reductor proviene de la ferredoxina reducida a través de una ferredoxina-tiorredoxina reductasa y, por tanto, la actividad de estas Trxs se encuentra íntimamente ligada al transporte fotosintético de electrones (Meyer et al., 2005; Schurmann and Buchanan, 2008). Existe un sistema redox adicional en el cloroplasto, NTRC, que puede utilizar poder reductor proveniente del NADPH (Serrato et al., 2004), por lo que su actividad no depende exclusivamente de la fotosíntesis. NTRC incluye tanto un dominio Trx como un dominio NADPH-Trx reductasa (NTR) (Serrato et al., 2004; Perez-Ruiz and Cejudo, 2009).
Las Trxs del cloroplasto están implicadas en diversos procesos metabólicos y también en la eliminación de especies reactivas de oxígeno (ROS). Tanto NTRC como las Trxs de tipo x son eficientes reductores de la 2-Cys peroxiredoxina por lo que tienen función destoxificante (Collin et al., 2003; Perez-Ruiz et al., 2006). Por otro lado, las Trxs tipo m y f, tienen una mayor implicación en la regulación de enzimas que participan en rutas metabólicas tales como malato deshidrogenasa dependiente de NADP (NADP-MDH) y fructosa 1,6-bifostatasa (FBPasa) (Collin et al., 2003).
Debido a esta actividades, se ha propuesto que las Trxs cloroplásticas actúan como sensores del estrés lumínico, ya que su estado redox depende del transporte fotosintético de electrones (Li et al., 2009). Así, ante un exceso de luz, es decir, cuando la energía lumínica que absorbe excede su capacidad de utilización en fotoquímica, en el cloroplasto se activan mecanismos de defensa como la disipación de energía en forma de calor (NPQ, “non-photochemical quenching”), evitando una excesiva producción de ROS perjudicial para la planta (Muller et al., 2001; Szabo et al., 2005), proceso que podría tener un control redox mediado por Trxs.
El objetivo central de este trabajo ha sido el estudio de la función de sistemas redox del cloroplasto, NTRC y las Trx de tipo f, en los mecanismos de adaptación de las plantas frente a estrés lumínico. Para abordar este objetivo hemos utilizado plantas de Arabidopsis thaliana carentes de NTRC, las cuales son sensibles a distintos estreses abióticos (Serrato et al., 2004; Perez-Ruiz et al., 2006; Chae et al., 2013). A pesar de que el fenotipo de este mutante es dependiente de luz (Perez-Ruiz et al., 2006; Lepisto et al., 2009), no muestran más sensibilidad que las plantas silvestres a alta luz. Sin embargo, el mutante ntrc presenta un nivel anormalmente elevado de NPQ, concretamente del componente dependiente de energía, qE, con un mayor gradiente de protones trans-tilacoidal y diez veces más zeaxantina, lo que disminuye la actividad del fotosistema II y el transporte lineal de electrones. Para comprobar el impacto de esta elevada disipación de energía en el mutante ntrc hemos construido un doble mutante ntrc-psbs carente de qE. Estas plantas recuperan parcialmente el fenotipo del mutante ntrc en cuanto a crecimiento y nivel de clorofila, así como, la actividad del fotosistema II. Dichos resultados revelan un nuevo papel para NTRC en el control de la fotosíntesis.
Con el fin de dilucidar el papel de las Trxs f in vivo, hemos generado un doble mutante de Arabidopsis thaliana llamado trxf1f2, que carece de las dos isoformas de Trx f, Trx f1 y Trx f2, presentes en Arabidopsis. Sorprendentemente, a pesar del papel central atribuido a estas Trxs en el metabolismo del carbono, el mutante trxf1f2 presenta un fenotipo visualmente indistinguible de las plantas silvestres en condiciones de día largo y únicamente su crecimiento aparece ligeramente retardado en día corto. Sin embargo, la ausencia de Trx f in vivo tiene especial repercusión en la rápida activación del ciclo de Calvin en los primeros minutos de iluminación tras una transición luz-oscuridad. El mutante trxf1f2 presenta un retraso en la activación de la fotosíntesis, con el consecuente aumento del NPQ inicial, así como en el tiempo medio para alcanzar la máxima tasa de fijación de carbono, debido a una reducción más lenta de enzimas del ciclo de Calvin tales como la FBPasa y la Rubisco activasa, después de una transición luz-oscuridad. No obstante, dichas enzimas llegan a reducirse parcialmente en las plantas carentes de Trx f, sugiriendo que otros sistemas redox del cloroplasto están también implicados en su reducción. Hemos establecido que las Trxs f funcionan en la activación rápida de enzimas de la asimilación del carbono en respuesta a luz y que esta función no se compensa totalmente por otros sistemas redox del cloroplasto.
