Caracterización de los genes MIT1 y MIT2 de Arabidopsis Thaliana que codifican para transportadores mitocondriales de hierro
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2021
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Entre los micronutrientes esenciales para las plantas, el hierro es aquel que se requiere en mayor abundancia ya que es componente de cofactores como hemo y centros hierro azufre, que participan en procesos como la fotosíntesis y la respiración, entre otros. Importantes avances han permitido conocer los mecanismos que rigen la homeostasis del hierro a nivel fisiológico en las plantas, sin embargo a nivel subcelular existen aún muchas interrogantes. En este contexto, las mitocondrias son organelos con un alto requerimiento de hierro ya que albergan parte de la ruta de síntesis de centros hierro azufre y utilizan numerosos cofactores de hierro en la cadena transportadora de electrones, que en total suman al menos 9 hemos y 13 centros hierro azufre, por lo que la función mitocondrial y el metabolismo del hierro se encuentran estrechamente relacionados. Se ha estudiado poco la homeostasis del hierro mitocondrial en plantas y poco se sabe de los transportadores involucrados. Recientemente fue descrito el primer transportador de hierro mitocondrial en plantas, llamado Mitochondrial Iron Transporter (MIT) en Oryza sativa y codificado por un gen esencial. En base a este transportador identificamos dos genes ortólogos de Arabidopsis thaliana, At1g07030 (MIT1) y At2g30160 (MIT2). La expresión de estos genes en levaduras mutantes en los transportadores mitocondriales de hierro de alta afinidad les permite a estas levaduras crecer en medio deficiente en hierro, lo que sugiere fuertemente que MIT1 y MIT2 transportan hierro a la mitocondria en levaduras. Para caracterizar la función de MIT1 y MIT2 se obtuvieron 3 líneas homocigotas mutantes para MIT1 y 2 líneas homocigotas mutantes para MIT2, y ninguna de ellas presentó alteraciones en su fenotipo. Además la segregación del alelo mutado en la descendencia de plantas heterocigotas tampoco mostró alteraciones. Estos resultados sugieren que ambos genes son redundantes, lo que fue confirmado al cruzar líneas mutantes nulas mit1 y mit2 y no poder obtenerse dobles homocigotas mutantes. Este resultado demostró además que la función MIT es esencial en Arabidopsis. Al cruzar una mutante nula de MIT2 y una “knockdown” de MIT1 fue posible obtener plantas dobles homocigotas mutantes que en la primera generación expresaban un 10-20 % de MIT1. Estas plantas resultaron ser viables y presentaron múltiples alteraciones fenotípicas: embriones con tres cotiledones, retraso en la germinación, en el crecimiento post-germinativo y durante todo el desarrollo. Además, se encontraron anormalidades morfológicas en semillas, hojas, flores y tallos. Parte de estas alteraciones podría explicarse directamente por una disfunción mitocondrial generada por deficiencia de hierro en el organelo, lo que se sustenta en la inducción de genes marcadores de respuesta a perturbación/estrés mitocondrial. Otra parte de las alteraciones podría estar relacionada con un efecto indirecto de la perturbación mitocondrial sobre la homeostasis de auxina. El análisis de los datos transcriptómicos revela que estas plantas tienen probablemente reprimida la adquisición de hierro, la síntesis de cumarinas, la formación de la banda de Caspari, la suberización y el desarrollo de los pelos radiculares. Y tienen aumentada la expresión de genes relacionados con desarrollo y mantención de meristemas, formación y límites de órganos, desarrollo de flores. Curiosamente estas plantas dobles homocigotas mutantes recuperaron un fenotipo normal en la siguiente generación, lo que se correlaciona con un aumento de la expresión de MIT1 (70% a nivel de transcrito y 30% a nivel de proteína, respecto de plantas silvestres), probablemente debido al mecanismo descrito de “supresión de T-DNAs intrónicos”. Estas plantas “compensadas” no son diferentes de plantas silvestres en actividad mitocondrial, en el proteoma mitocondrial y en el transcriptoma.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias con mención en Genética Molecular y Microbiología)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021