Estudio del papel de proteínas mitocondriales en la regulación del crecimiento, las vías hormonales y la defensa frente a estrés en plantas

Abstract

La función mitocondrial es esencial para el crecimiento de las plantas, pero los mecanismos que vinculan el crecimiento y el metabolismo con la energía mitocondrial no están completamente dilucidados. Para profundizar estudiamos plantas con niveles reducidos de CYTC-1 en Arabidopsis thaliana. Así, buscamos comprender cómo las mitocondrias comunican su estado energético para coordinar el metabolismo y el crecimiento en plantas. Plantas deficientes en CYTc-1 muestran una disminución del potencial de membrana y un menor contenido de ATP. También exhiben mayor contenido de aminoácidos, niveles de autofagia inducidos y mayor resistencia al estrés nutricional. Además, la deficiencia de CYTc-1 afecta la activación de TOR, reduciendo los niveles de fosforilación de las proteínas S6K y RPS6, así como los niveles totales de S6K debido a un aumento en su degradación. La sobreexpresión de TOR restaura el crecimiento y parámetros metabólicos afectados en las mutantes cytc-1, incluso cuando el potencial de membrana y los niveles de ATP permanecen bajos. Proponemos que las plantas deficientes en CYTc coordinan su metabolismo y disponibilidad de energía reduciendo la activación de TOR, proporcionando un mecanismo mediante el cual los cambios en la actividad mitocondrial se traducen al resto de la célula. Los niveles de CYTc podrían regular el crecimiento de las plantas. Plantas de Arabidopsis thaliana con mayores niveles de CYTc, presentan características de interés Agrobiotecnológico. Así, obtuvimos plantas de arroz y maíz con mayores niveles de CYTc a fin de evaluar su impacto en cultivos de interés comercial, y analizamos su crecimiento en diferentes condiciones nutricionales.

Mitochondrial function is essential for plant growth but the mechanisms involved in adjusting growth and metabolism to changes in mitochondrial energy production are not fully understood. We studied plants with reduced expression of CYTC-1, one of two genes encoding the respiratory chain component Cytochrome c (CYTc) in Arabidopsis thaliana, to understand how mitochondria communicate their status to coordinate metabolism and growth. Plants with CYTc deficiency show decreased mitochondrial membrane potential and lower ATP content, even when carbon sources are present. They also exhibit higher free amino acid content, induced autophagy, and increased resistance to nutritional stress, similar to plants with triggered starvation signals. CYTc deficiency affects TOR pathway activation, reducing S6K and RPS6 phosphorylation, as well as total S6K protein levels due to increased protein degradation via proteasome and autophagy. TOR overexpression restores growth and other parameters affected in cytc-1 mutants, even if mitochondrial membrane potential and ATP levels remain low. We propose that CYTc-deficient plants coordinate their metabolism and energy availability by reducing TOR pathway activation as a preventive signal to adjust growth in anticipation of energy exhaustion, thus providing a mechanism by which changes in mitochondrial activity are transduced to the rest of the cell. Moreover, CYTc levels could regulate plant growth. Arabidopsis thaliana plants with higher levels of CYTc exhibit characteristics of interest in Agrobiotechnology. Thus, we obtained stable transforming rice and maize plants with higher levels of CYTc to assess their impact on these commercially significant crops, and we analyzed their growth under different nutritional conditions.