Implicación de la homeostasis redox del cloroplasto en la respuesta de las plantas a estrés abiótico

Abstract

La regulación redox basada en intercambio ditiol-disulfuro es un mecanismo regulatorio en el que la actividad disulfuro reductasa de las tiorredoxinas (TRXs) desempeña un papel central. Los cloroplastos de plantas poseen más de 20 isoformas de TRXs y proteínas TRX-like, que utilizan el poder reductor en forma de ferredoxina reducida (Fdred) fotosintéticamente gracias a la acción de la Fd-TRX reductasa (FTR). Además, los cloroplastos contienen el sistema TRX reductasa dependiente de NADPH, denominado NTRC, que emplea NADPH para reducir proteínas diana del cloroplasto. Se ha demostrado que ambos sistemas, FTR/TRX y NTRC, son esenciales para el funcionamiento correcto de los cloroplastos en respuesta a cambios en la intensidad de la luz. Previamente se ha descrito que NTRC es la principal reguladora de la 2-Cys peroxiredoxina (2-Cys PRX), una peroxidasa tiol-dependiente que reduce el peróxido de hidrógeno hasta agua. El sistema NTRC-2-Cys PRX tiene un papel esencial en el mantenimiento de la homeostasis redox del cloroplasto, manteniendo a sus dianas reducidas y activas durante el día y oxidadas e inactivas en oscuridad. En esta tesis doctoral se han llevado a cabo una serie de aproximaciones genéticas, fisiológicas y bioquímicas, para establecer la contribución de sistemas redox alternativos del cloroplasto, como las glutatión peroxidasas (GPXs) y representantes de la familia de TRXs atípicas ricas en residuos de cisteína e histidina (ACHTs) y TRX-like 2 (TRX L2), a la compleja maquinaria de regulación redox del orgánulo en respuesta a condiciones ambientales como la intensidad lumínica y la oscuridad. Los resultados de este trabajo permiten concluir que las GPXs actúan junto a las 2-Cys PRXs de forma concertada en el control de la homeostasis redox del cloroplasto, si bien las 2-Cys PRXs tienen una contribución más relevante. Mediante la generación y el estudio de mutantes múltiples de Arabidopsis que combinan las deficiencias de NTRC y GPXs cloroplastídicas, hemos establecido que la contribución de las GPXs a la regulación redox del orgánulo es independiente de NTRC. El hecho de que las TRXs de tipo y sean las reductoras más eficientes de las GPXs del cloroplasto indica que su contribución a la regulación redox del orgánulo es dependiente de TRXs y. Por otro lado, el estudio de mutantes que combinan la ausencia de las TRXs atípicas ACHT3, ACHT4 y TRX L2.2 permitió determinar que estas TRXs son prescindibles para el crecimiento de la planta. Mutantes que combinan la ausencia de estas TRXs con 2-Cys PRX y NTRC permitieron establecer que ACHT3, ACHT4 y TRX L2.2 participan en la oxidación de las proteínas diana durante la noche, cediendo en última instancia el poder reductor a las 2-Cys PRXs. El hecho de que las GPXs y las TRXs atípicas analizadas en este trabajo afecten levemente a la eficiencia de la fotosíntesis y la regulación redox del cloroplasto, pero no al crecimiento de la planta, sugiere que la eficiencia de la fotosíntesis depende de la contribución de múltiples sistemas redox con funciones en cierto modo redundantes, lo cual podría suponer una ventaja adaptativa para enfrentar los continuos cambios de las condiciones medioambientales a los que las plantas se enfrentan en la naturaleza