Molecular mechanisms underlying arsenic tolerance and er-stress response in plants

Resumen

El arsénico es un metaloide altamente toxico que constituye una amenaza para todos los seres vivos. Debido a que se encuentra de forma ubicua en la naturaleza, es incorporado a la cadena de alimenticia a través de consumo de agua contaminada o del riego de cultivos con la misma, comprometiendo la salud de millones de personas en el mundo. Las formas químicas más abundantes de arsénico son el arseniato y el arsenito. El arseniato es más común que el arsenito y su toxicidad se debe a su elevada similitud química con el fosfato. Una vez dentro de la célula, el arseniato es rápidamente reducido a arsenito, que puede ser extruido al medio o acomplejado con fitoquelatinas y acumulado en la vacuola. Las plantas han desarrollado complejos mecanismos de tolerancia contra el metaloide. La identificación y caracterización de reguladores de la respuesta a arsénico será fundamental para el desarrollo de plantas tolerantes que permitirán el desarrollo de estrategias viables de fitoremediación. El objetivo de la tesis es identificar nuevos componentes de la respuesta a arsénico en la planta modelo A. thaliana. Dado que los principales mecanismos de detoxificacion de arsénico se han diseñado contra el arsenito, la reducción de arseniato es una de las primeras respuestas de las plantas, por ello, la arseniato reductasa es esencial para contrarrestar la toxicidad del arsénico. La arseniato reductasa se regula transcripcionalmente por arseniato y, por tanto, su expresión debe estar bajo el control de reguladores específicos de la respuesta. Así, a lo largo de esta tesis hemos generado dos líneas transgénicas de A. thaliana que expresan el gen reportero b-glucuronidasa o el gen phosphate transporter traffic facilitator 1 bajo el control del promotor de ARQ1. Phosphate transporter traffic facilitator 1 regula la localización en la membrana plasmática del transportador de arseniato/fosfato. Hemos realizado una mutagénesis con etilmetanosulfonato sobre ambas líneas y hemos identificado tres mutantes alterados en la regulación de este promotor. Hemos identificado la mutación causal de uno de ellos, que afecta a una fosfatasa PP2C, conocida como RAG1, un gen previamente descrito en procesos de desarrollo y estrés abiótico. RAG1 interacciona con un factor de transcripción (bZIP60), esencial en la regulación del estrés de retículo y con un posible papel como regulador directo de la respuesta a arsénico. Este hecho apoya la existencia de una estrecha coordinación entre la señalización de arsénico y la respuesta a estrés de retículo similar a la descrita en otros organismos. Así, este trabajo aporta las primeras evidencias sobre la relación entre ambas rutas en plantas. Con el fin de identificar reguladores adicionales de la respuesta a este metaloide, hemos seguido una aproximación independiente. Basándonos en trabajos recientes que destacan la relevancia de la degradación de elementos reguladores en respuesta a arsénico, hemos llevado a cabo un escrutinio de doble híbrido de levadura con el objetivo de identificar interactores de proteínas F-box en una librería de genes de Arabidopsis. Las proteínas F-box son responsables de la especificidad del proteasoma para la degradación de proteínas, por tanto, esperamos que los interactores identificados para las principales F-box reguladas por arsénico, revelen componentes esenciales de la ruta de señalización de arsénico. De hecho, hemos identificado 47 candidatos. Mediante el análisis fenotípico de respuesta a arsénico en mutantes para dichos interactores hemos identificado una respuesta alterada ocho de ellos, lo que apoya su papel en la ruta de señalización. En resumen, mediante dos aproximaciones independientes, hemos identificado nuevos posibles reguladores de la respuesta a arsénico en A. thaliana; asimismo, hemos identificado la relación entre la respuesta a arsénico y la respuesta a estrés de RE en plantas. Una caracterización más detallada del papel de estos reguladores contribuirá a la comprensión de los mecanismos de percepción de arsénico en plantas