Nitric oxide (NO) sensing and signalling during early plant development and hypoxic stress in Arabidopsis Thaliana

Resumen

El óxido nítrico (NO) es un gasotransmisor que participa en la regulación de numerosos procesos del desarrollo y respuesta a estrés durante el ciclo vital de las plantas, como por ejemplo la germinación o el estrés por encharcamiento. El mecanismo de transducción del NO ocurre principalmente a través de modificaciones post-traduccionales en residuos específicos de proteínas, que incluyen la S-nitrosilacion de cisteínas, nitrosilación de metales y nitración de tirosinas. Estas modificaciones post-traduccionales conllevan cambios en la señalización hormonal o expresión génica. Las inundaciones son el segundo desastre natural más grave para el sector agrícola, responsable de 20.000 millones de euros en pérdidas de producción agrícola y ganadera. Comprender la adaptación de las plantas al estrés por inundaciones podrá contribuir a desarrollar nuevas estrategias para la reducción de riesgos en la agricultura. Para las plantas, la principal consecuencia de la inundación es la disminución en la concentración de oxígeno en los tejidos vegetales, dando lugar a un estrés por hipoxia. Además, con el establecimiento de este estrés hipóxico, ocurre un pico de producción de NO. Este pico de NO actúa como una señal inicial del estrés por hipoxia, que permite a la planta activar la respuesta a este estrés. El exceso de NO producido es posteriormente secuestrado por la proteína FITOGLOBINA1 (PGB1). Tanto el oxígeno como el NO son gases requeridos para el funcionamiento de la ruta proteolítica del extremo amino. El grupo de factores de transcripción ERFVII es el principal sustrato de esta ruta proteolítica, el cual se degrada en presencia de oxígeno y NO. Durante un evento de inundación, donde la concentración de NO y oxígeno disminuye, este grupo de factores de transcripción se acumula, activando la expresión de un conjunto de genes de respuesta a hipoxia. El mecanismo molecular exacto para el requerimiento del NO en la ruta proteolítica del extremo amino es aún desconocido. El principal objetivo de esta tesis doctoral es analizar la percepción y señalización del NO a través de la ruta proteolítica del extremo amino, con especial interés en el proceso de germinación y estrés por hipoxia. Durante el desarrollo de esta Tesis Doctoral se ha analizado la resistencia al encharcamiento en diferentes líneas de Arabidopsis afectadas en la homeostasis del NO. Algunas de estas líneas son el triple mutante deficiente de NO nia1;nia2;noa1-2 o la línea sobre-acumuladora de NO cue1. Mediante análisis fenotípicos y de expresión de genes hemos determinado que diferentes niveles basales de NO tiene un efecto en la resistencia de Arabidopsis al estrés por encharcamiento. Respecto a la señalización del NO a través de la ruta proteolítica del extremo amino, se han seleccionado diferentes enzimas implicadas en la degradación del grupo ERFVII y se ha analizado el efecto de su pérdida de función en diferentes procesos regulados por el NO, como la acumulación de la proteína ABI5 durante la germinación de las semillas. También se ha analizado si estas enzimas pueden estar reguladas por modificaciones post-traduccionales reguladas por el NO (S-nitrosilación o nitrosilacion de metales). Se han obtenido resultados positivos para estas modificaciones post-traduccionales y se ha continuado el análisis para determinar el efecto de esta modificación, en términos de actividad, estabilidad o localización subcelular. Finalmente, los resultados obtenidos durante esta Tesis Doctoral han permitido establecer un marco molecular para la percepción del NO a través de la ruta proteolítica del extremo amino.