La biosíntesis de CoA y su papel esencial en el establecimiento de la plántula, en respuesta al estrés osmótico/salino y en el almacenamiento de lípidos en Arabidopsis thaliana

Abstract

Tesis doctoral del Departamento de Biotecnología de la Universidad Politécnica de Valencia, realizada en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP-CSIC-UPV)El Coenzima A (CoA) es un cofactor en multitud de reacciones enzimáticas, entre ellas la oxidación de ácidos grasos, carbohidratos y aminoácidos y muchas otras reacciones de biosíntesis. En el mundo vegetal, el acetil-CoA (AcCoA) es un metabolito clave en el ciclo de Krebs, en ciclo del glioxilato y gluconeogénesis, en la biosíntesis de isoprenoides (en la ruta citosólica del mevalonato), de ácidos grasos y de derivados de la ruta de fenilpropanoides, así como en la acetilación de histonas. El profundo impacto del CoA en el metabolismo celular se traduce también en un importante papel en la respuesta de la planta ante situaciones de estrés salino/osmótico, por ejemplo mediante la síntesis de osmolitos. Con el objeto de estudiar las consecuencias fisiológicas que tiene sobre la planta la manipulación de la biosíntesis de CoA, hemos llevado a cabo abordajes de pérdida y ganancia de función en tres genes de la ruta, i.e. HAL3A, HAL3B y PPAT. HAL3A codifica una descarboxilasa de fosfopantotenoilcisteína que genera fosfopanteteína, el antepenúltimo intermediario en la biosíntesis de CoA. El genoma de Arabidopsis contiene un segundo gen, HAL3B, homólogo a HAL3A, aunque con un papel secundario, demostrado por el fenotipo en establecimiento del doble mutante heterozigoto aaBb y que no muestra Aabb. La fosfopanteteína generada en la reacción catalizada por HAL3A/HAL3B es el sustrato de PPAT, un enzima que transfiere adenilato a este sustrato para generar defosfoCoA, el penúltimo intermediario en la biosíntesis de CoA. Como se presumía del papel crucial de CoA en el metabolismo celular, un doble mutante hal3ahal3b fue letal durante el desarrollo embrionario. Plántulas con una sola copia funcional de HAL3B y nulas para HAL3A (aaBb) fueron viables y completaban el ciclo vital, no obstante mostraban un fenotipo de dependencia de sacarosa en el establecimiento de plántula, el cual es un atributo común con mutantes afectados en la - oxidación de los ácidos grasos. Medidas del contenido en ácidos grasos y acil-CoAs de plántulas de 5 días en medio carente de sacarosa mostraban una detención en el catabolismo de los lípidos de reserva y una reducción en la biosíntesis de CoA, con una disminución de ~80% en los niveles de acetil-CoA. Adicionalmente, los individuos aaBb mostraban una reducción severa en la producción de semillas y en la tolerancia a estrés salino. Similares efectos fenotípicos fueron obtenidos con un mutante de reducción de función del gen PPAT, i.e. ppat-1. En el mutante ppat-1 hay una reducción de ~90% en la expresión de PPAT, lo cual conduce a un severo retraso en el crecimiento. En cambio, plantas 35S:PPAT mostraban mayor crecimiento, resistencia a estrés salino/osmótico y mayor acumulación de ácidos grasos en semillas que plantas tipo silvestre. Estos resultados sugieren que la manipulación en plantas de cosecha de los niveles de CoA podría conducir a una mejora de la resistencia al estrés abiótico y del contenido lipídico en semillas oleaginosas y en general, en una mayor producción de biomasa.Peer reviewe