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Estudio de las rutas de biosíntesis de serina en plantas y su interacción con el cambio climático

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Estudio de las rutas de biosíntesis de serina en plantas y su interacción con el cambio climático

dc.contributor.advisor	Ros Palau, Roc
dc.contributor.advisor	Muñoz Bertomeu, Jesús
dc.contributor.author	Casatejada Anchel, Rubén
dc.contributor.other	Departament de Biologia Vegetal	es_ES
dc.date.accessioned	2022-03-24T10:08:57Z
dc.date.available	2023-03-25T05:45:05Z
dc.date.issued	2022	es_ES
dc.date.submitted	01-04-2022	es_ES
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10550/82026
dc.description.abstract	La L-serina es un aminoácido que forma parte de las proteínas además de participar en los centros catalíticos de estas. También es la precursora de otras moléculas esenciales como nucleótidos y lípidos, y participa en el metabolismo del folato siendo dadora de moléculas de un carbono. A diferencia de los animales, donde solamente existe una ruta de síntesis de serina, las plantas presentan varias rutas metabólicas. Una de ellas, la llamada ruta del Glicolato, está relacionada con la fotorrespiración, y es considerada la más importante a nivel cuantitativo. Hay otras dos rutas no asociadas a la fotorrespiración. Una de ellas es conocida como ruta del Glicerato y no ha sido caracterizada funcionalmente porque algunos genes de la ruta no han sido identificados. La otra ruta no fotorrespiratoria es conocida como Ruta Fosforilativa de Biosíntesis de Serina (RFBS), y ha sido recientemente descrita como esencial para el desarrollo de la raíz, del polen y del embrión. Se ha demostrado que la RFBS interacciona con la asimilación del amonio y del azufre. El primer paso de la RFBS es la reacción catalizada por la enzima fosfoglicerato deshidrogenasa (PGDH) que cataliza la oxidación del 3-fosfoglicerato en 3-fosfohidroxipiruvato formando poder reductor en forma de NADH. En Arabidopsis thaliana existen tres genes que codifican para esta enzima (PGDH1, PGDH2 y PGDH3). En estudios anteriores PGDH1 ha sido descrito como el gen esencial de la familia génica PGDH. Por el contrario, se desconocen las funciones de los genes PGDH2 y PGDH3. En esta tesis doctoral, hemos caracterizado los genes PGDH2 y PGDH3. Los análisis metabolómicos, fenotípicos y de expresión de los mutantes simples, dobles y el triple de los genes PGDH, muestran que tanto PGDH2 como PGDH3 son genes funcionales que afectan al desarrollo y metabolismo de la planta. Los resultados obtenidos muestran que PGDH2 tiene un efecto mayor en el crecimiento de la planta que PGDH3, presentando una función parcialmente redundante con el gen principal de la familia, PGDH1. PGDH3, por el contrario, podría tener una función completamente diferente a los otros dos genes de la familia PGDH, estando su función en la actualidad asociada a procesos relacionados con la fotosíntesis. Por otro lado, en esta tesis, se ha querido averiguar el papel de la RFBS con el metabolismo del carbono y del azufre (ya que se ha visto esta ruta como punto de conexión a estos dos procesos) mediante una estrategia de ganancia de función generando plantas sobreexpresoras de Arabidopsis para tres genes. Se han realizado estudios de caracterización fenotípica, metabolómica y de contenido de almidón y de proteínas de estas líneas sobreexpresoras en condiciones ambientales y en condiciones de elevado CO2, ya que incrementos de este gas cambia el metabolismo vegetal y está asociado al cambio climático. Los resultados obtenidos muestran un cambio en el metabolismo de estas plantas tanto en condiciones normales como condiciones de elevado CO2, además de cambios en el crecimiento bajo determinadas condiciones ambientales. Estos resultados nos indican que estas líneas ofrecen una respuesta diferente respecto a las plantas control en condiciones de elevado CO2, en las cuales hay una menor tasa fotorrespiratoria. Por último, también se ha estudiado el papel de la RFBS en una planta con metabolismo C4 que presenta baja tasa fotorrespiratoria, el maíz, mediante una estrategia de ganancia de función generando plantas de maíz transgénicas. Los datos muestran que estas plantas presentan cambios en el contenido de almidón, sin embargo, son necesarios más estudios ya que los experimentos llevados a cabo se han realizado en condiciones ambientales y no en condiciones de elevado CO2.	es_ES
dc.description.abstract	L-serine is an amino acid that is part of proteins as well as participates in their catalytic centers. It is also the precursor of other essential molecules such as nucleotides and lipids, and it participates in the metabolism of folate by giving one-carbon molecules. Unlike animals, where there is only one serine biosynthesis pathway, plants have several metabolic pathways. One of them, the so-called Glycolate Pathway, is related to photorespiration and is considered the most important at the quantitative level. There are two other pathways not associated with photorespiration. One of them is known as the Glycerate Pathway and has not been functionally characterized because some genes of the pathway have not been identified. The other non-photorespiratory pathway is known as The Phosphorylated Pathway of Serine Biosynthesis (PPSB), and has recently been described as essential for root, pollen and embryo development. PPSB has been shown to interact with ammonium and sulfur assimilation. The first step of PPSB is the reaction catalyzed by the enzyme phosphoglycerate dehydrogenase (PGDH) which catalyzes the oxidation of 3-phosphoglycerate to 3-phosphohydroxypyruvate forming NADH. In Arabidopsis thaliana there are three genes coding for this enzyme (PGDH1, PGDH2 and PGDH3). In previous studies, PGDH1 has been described as the essential gene of the PGDH family. In contrast, the functions of the PGDH2 and PGDH3 genes are unknown. In this thesis, we have characterized the PGDH2 and PGDH3 genes. Metabolomic, phenotypic and expression analyses of single, double and triple mutants of PGDH genes show that both PGDH2 and PGDH3 are functional genes affecting plant development and metabolism. The results obtained show that PGDH2 has a greater effect on plant growth than PGDH3, presenting a partially redundant function with the main gene of the family, PGDH1. Moreover, PGDH3 may have a completely different function to the other two genes of the PGDH family, and its function has currently being associated with processes related to photosynthesis. On the other hand, in this thesis, we wanted to find out the role of RFBS with carbon and sulfur metabolism (since this pathway has been associated as a connection point to these two processes) by generating Arabidopsis overexpressor plants for three genes. Phenotypic, metabolomic and starch and protein content characterization studies of these overexpressor lines have been carried out under environmental conditions and under conditions of high CO2, since increases in this gas change plant metabolism and are associated with climate change. The results obtained show a change in the metabolism of these plants under both normal and high CO2 conditions, as well as changes in growth under certain environmental conditions. These results indicate that these lines offer a different response compared to control plants under high CO2 conditions, in which there is a lower photorespiratory rate. Finally, the role of RFBS has also been studied in a plant with C4 metabolism that has a low photorespiratory rate, as maize by generating transgenic plants. The data show that these plants show changes in starch content, however, further studies are needed since the experiments carried out have been conducted under ambient conditions and not under high CO2 conditions.	en_US
dc.format.extent	250 p.	es_ES
dc.language.iso	es	es_ES
dc.subject	serina	es_ES
dc.subject	ruta fosforilativa de biosíntesis de serina	es_ES
dc.subject	fosfoglicerato deshidrogenasa	es_ES
dc.subject	ruta del glicolato	es_ES
dc.subject	fotorrespiración	es_ES
dc.subject	fosfoserina aminotransferasa	es_ES
dc.subject	fosfoserina fosfatasa	es_ES
dc.title	Estudio de las rutas de biosíntesis de serina en plantas y su interacción con el cambio climático	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS DE LA VIDA::Biología vegetal (Botánica) ::Genética vegetal	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS DE LA VIDA::Biología vegetal (Botánica) ::Fisiología vegetal	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS DE LA VIDA::Genética ::Genética molecular de plantas	es_ES
dc.embargo.terms	1 year	es_ES