Interacciones entre la función mitocondrial y vías de señalización reguladoras del crecimiento en plantas

Abstract

Las plantas, como organismos sésiles, deben ajustar su crecimiento y metabolismo a las condiciones del ambiente en el que habitan. En condiciones óptimas, destinan sus recursos al crecimiento, mientras que bajo estrés los redirigen para mantener la homeostasis energética y favorecer la supervivencia. El citocromo c (CYTc) es un componente de la cadena de transporte de electrones mitocondrial, acoplado a la síntesis de ATP. En trabajos previos demostramos que plantas deficientes en CYTc presentan defectos en el crecimiento y desarrollo asociado a la disminución en la actividad de la vía TOR. En esta tesis, investigamos el rol de CYTc como vínculo entre la producción de energía mitocondrial, la reprogramación metabólica y las vías de señalización que controlan el crecimiento y las respuestas a estrés en A. thaliana. Nuestros resultados muestran que la reducción de CYTc activa la vía SnRK1, responsable de activar respuestas a estrés, asociada con cambios metabólicos como el aumento de aminoácidos libres, posiblemente vinculado a una mayor actividad autofágica y su uso como fuente alternativa de energía. Además, estas plantas presentan menor susceptibilidad a diferentes tipos estrés abiótico. En oscuridad prolongada, muestran una utilización más eficiente del almidón y una disponibilidad sostenida de aminoácidos, mientras que, bajo estrés térmico, el aumento en la acumulan azúcares solubles podría contribuir a la aclimatación de estas mutantes al estrés. Adicionalmente, nuestros resultados muestran que la señalización hormonal modula este estado metabólico, ya que el tratamiento con giberelinas atenúa las alteraciones observadas en las plantas deficientes en CYTc en respuesta a estrés térmico. Por último, demostramos que CYTc regula el crecimiento y desarrollo radicular, afectando tanto la proliferación como la elongación celular. En conjunto, demostramos que CYTc actúa como un regulador central que conecta metabolismo, crecimiento y respuestas al estrés en plantas.

As sessile organisms, plants must adjust their growth and metabolism to the environmental conditions. Under optimal growth conditions, energy and resources are primarily allocated to growth, whereas under stress, plants activated metabolic reprogramming to maintain energy homeostasis and promote survival. Cytochrome c (CYTc) is a component of the mitochondrial electron transport chain, and is essential for efficient ATP production. In previous research, we demonstrated that CYTc-deficient plants exhibit growth and developmental defects associated with reduced TOR pathway activity. In this thesis, we investigated the role of CYTc as a regulatory component linking energy production, metabolic reprogramming, and signaling pathways that control plant growth and stress responses in Arabidopsis. Our results show that decreased CYTc levels activate the SnRK1 pathway, a central regulator of stress responses, followed by metabolic changes such as free amino acids accumulation linked to higher levels of autophagy, suggesting their mobilization as alternative energy source under mitochondrial deficiency. Consistently, CYTc-deficient plants display enhanced tolerance to stress conditions compared to wild-type plants. Under extended darkness, they exhibit more efficient starch utilization and sustained amino acid availability, whereas under heat stress, the accumulation of soluble sugars may contribute to stress acclimation. In addition, hormonal signaling modulates this metabolic state, since gibberellin treatment attenuates the stress-tolerant phenotype of CYTc-deficient plants, accompanied by reduced autophagy and altered metabolite accumulation. Additionally, we addressed how mitochondrial activity influences root development by affecting both cell proliferation and elongation. Together, our findings identify CYTc as a central regulator linking energy metabolism, metabolic reprogramming, and growth control under normal conditions and during stress acclimation in plants.