Metabolismo de esteroles esterificados en plantesimplicación en el desarrollo y la respuesta a estrés

Resumen

RESUMEN Los esteroles son una familia de compuestos triterpénicos que se presentan en forma libre o conjugada, como ésteres, glicósidos y acilglicósidos de esteroles. Cada especie vegetal tiene su propio perfil cualitativo y cuantitativo de esteroles libres y conjugados, aunque en las distintas fracciones el -sitoesterol, el estigmasterol y el campesterol son los esteroles más abundantes. Los esteroles libres y sus derivados glicosilados se localizan en las membranas celulares, principalmente en la membrana plasmática donde actúan como componentes estructurales, manteniendo la fluidez y la permeabilidad de las mismas. Por otra parte, los ésteres de esteroles se acumulan en cuerpos lipídicos citoplasmáticos, constituyendo una reserva de esteroles que se almacena o se moviliza en función de las necesidades celulares (exceso o defecto) de esteroles libres y glicosilados en las membranas celulares. La esterificación de los esteroles es mediada por esterol aciltransferasas y desempeñan un papel muy relevante en el mantenimiento de la homeostasis de los esteroles en las membranas celulares. Hay evidencias de indican que los niveles de los ésteres de esteroles experimentan cambios importantes durante la senescencia de los tejidos vegetales y cuando las plantas se enfrentan a situaciones de estrés. Sin embargo, el conocimiento de las esterol-aciltransferasas en plantas es todavía limitado. Hasta hace muy poco tiempo sólo se habían clonado y caracterizado dos esterol aciltransferasas de Arabidopsis, una fosfolípido: esterol aciltransferasa (PSAT1) y una acil CoA: esterol aciltransferasa (ASAT1). Recientemente, en una tesis doctoral previa de nuestro grupo de investigación se identificaron, y comenzaron a caracterizar las enzimas ASAT1 y PSAT1 de tomate (SlASAT1 y SlPSAT1). A partir de estos antecedentes, en este trabajo de Tesis Doctoral se ha seguido avanzando en el estudio de la función biológica de las esterol aciltransferasas de plantas ASAT1 y PSAT1 empleando Arabidopsis thaliana y Solanum lycopersicum (cv Micro-Tom), prestando especial atención en el estudio de su función y la de los ésteres de esteroles en el desarrollo y la respuesta frente al estrés. Los resultados obtenidos por complementación funcional de los mutantes asat1-1 y psat1-2 de Arabidopsis, con las proteínas SlPSAT1 y SlASAT1 han confirmado la diferente capacidad de estas proteínas para esterificar esteroles mayoritarios finales e intermediarios, respectivamente. Además, en semillas y hojas de líneas mutantes de tomate con la enzima SlPSAT1 inactivada (CR-psat1) obtenidas mediante el sistema de edición génica CRISPR/Cas9, se observa una reducción muy marcada del contenido de esteroles esterificados que se correlaciona con un incremento en los niveles de esteroles libres y en el caso de las hojas, con una clara disminución del número de cuerpos lipídicos comparado con lo observado en plantas de tipo wild type. Sin embargo, estos cambios no se producen en las líneas de tomate que tienen inactivada la enzima SlASAT1 (CR-asat1). Estos resultados apoyan la idea de que, tal como se ha propuesto en Arabidopsis, la SlPSAT1 participa de forma más activa que la SlASAT1 en la síntesis de esteroles esterificados y en la homeostasis de esteroles libres. La pérdida de función de SlASAT1 produce un retraso en el inicio de la germinación sin alterarse la tasa final germinación. La inactivación de SlPSAT1 afecta ambos parámetros e induce un fenómeno de germinación atípica, donde se observó la aparición de los cotiledones previa a de las radículas, con las consecuentes anomalías en el establecimiento de las plántulas. Las líneas CR-psat1 presentan también un moderado fenotipo de enanismo y alteraciones en la morfología de las hojas. Por otra parte, una disminución en la esterificación de esteroles finales en Arabidopsis se traduce en mayor sensibilidad a la infección con Pseudomonas syringae, ya que el mutantes psat1-2, pero no el asat1-1, es más sensible a la bacteria que las plantas de tipo wild type. En plantas de tomate parece incrementar la sensibilidad a estrés salino, ya que el crecimiento de los mutantes CR-psat1 en presencia de concentraciones elevadas de NaCl es menor que el de las plantas wild type, y este efecto no se observa en los mutantes CR-asat1. En conjunto los resultados de este trabajo sugieren que los esteroles esterificados y principalmente SlPSAT1, desempeñan un papel regulador tanto el desarrollo y crecimiento de las plantas y en la respuesta a diferentes tipos de estrés, estableciendo las bases para estudios posteriores dedicados a comprender el mecanismo de acción de los esteroles esterificados y las esterol aciltransferasas en estos procesos fisiológicos.