Caracterización funcional de MAP Quinasas del subgrupo C1 de plantas

Author

Ortiz Masià, Mª Dolores

Director

Aniento Company, Fernando

Marcote Zaragoza, Mª Jesús

Date of defense

2007-03-23

ISBN

9788437067735

Legal Deposit

V-2311-2008



Department/Institute

Universitat de València. Departament de Bioquímica i Biologia Molecular

Abstract

En plantas, la señalización a través de las cascadas de MAP quinasas da<br/>lugar a un amplio número de respuestas celulares que incluyen la división y<br/>diferenciación celular, así como respuestas a estrés de origen abiótico o biótico<br/>(Mishra et al., 2006).<br/>Las MAP quinasas de plantas pueden ser clasificadas, en base a la<br/>similitud de la secuencia de aminoácidos, en cuatro grupos (A-D), cada grupo<br/>se ha clasificado a su vez en dos subgrupos (1 y 2). Se dispone de muy poca<br/>información acerca de los miembros del subgrupo C1 (Nakagami et al., 2005).<br/>Dentro de este grupo se encuentran Ntf3 de tabaco, PhMEK1 de petunia y<br/>PsMAPK2 de guisante. En Arabidopsis, el subgrupo C1 está constituido por<br/>dos genes de MAP quinasas: AtMPK1 (At1g10210) y AtMPK2 (At1g59580). La<br/>función de estos genes no se conoce, aunque hay algún dato que indica una<br/>posible relación entre esos genes y respuestas de estrés. Se ha descrito que<br/>los niveles del ARNm de AtMPK1 y AtMPK2 aumentan ligeramente tras un<br/>tratamiento de salinidad (Mizoguchi et al., 1996), y que disminuyen a las 24<br/>horas tras un tratamiento a baja temperatura (Vogel et al., 2005). Además,<br/>resultados obtenidos mediante análisis de micromatrices indican que la<br/>expresión de AtMPK1 es mayor en plántulas crecidas en oscuridad que en<br/>plántulas crecidas en presencia de luz (Ma et al., 2005). El análisis de los datos<br/>de expresión depositados en bases de datos de acceso público indican que los<br/>niveles de expresión de estos genes son muy bajos y que no hay cambios<br/>relevantes tras las diferentes condiciones ensayadas (Zimmermann et al.,<br/>2004). No hay ningún dato sobre la regulación de la actividad quinasa de las<br/>MAP quinasas del subgrupo C1.<br/>La presente Tesis aborda el estudio de la función de PsMAPK2<br/>(guisante), AtMPK1 y AtMPK2 (Arabidopsis), genes que codifican MAP<br/>quinasas del subgrupo C1. Para emprender dicho estudio, se han realizado<br/>diferentes aproximaciones: 1- Se ha analizado la expresión de estas MAPKs<br/>en distintos órganos de la planta; 2- Se han obtenido plantas transgénicas de<br/>Arabidopsis que expresan distintas versiones mutantes de PsMAPK2; 3- Se ha<br/>analizado la actividad quinasa de estas MAPKs en respuesta a distintas<br/>señales de estrés.<br/>Según resultados obtenidos por RT-PCR, PsMAPK2 se expresa en todos<br/>los órganos de guisante y principalmente en anteras. Por otro lado la expresión<br/>de las distintas versiones de PsMAPK2 en Arabidopsis da lugar a un fenotipo<br/>de esterilidad masculina, debido a que no se produce la dehiscencia de las<br/>anteras y la posterior liberación del polen. Estos resultados sugieren una<br/>posible función de PsMAPK2 en el desarrollo de las anteras.<br/>AtMPK1/2 se expresan en todos los órganos de Arabidopsis. Además, el<br/>análisis de la expresión de ambas MAPKs en plántulas indica que la luz<br/>disminuye su expresión tanto en plántulas crecidas con ciclos de luz/oscuridad<br/>como en plántulas etioladas cuando se transfieren a la luz. El estudio de la<br/>respuesta a la luz de plántulas etioladas del doble mutante Atmpk1 Atmpk2<br/>revela que estas plántulas presentan una inhibición de la desetiolización con<br/>respecto a la línea silvestre, sugiriendo la participación de AtMPK1/2 en el<br/>proceso de desetiolización.<br/>Por último, en la presente Tesis se ha demostrado por primera vez la<br/>regulación de la actividad de PsMAPK2 y AtMPK1/2 en respuesta a una señal.<br/>Se ha detectado un aumento en la actividad quinasa de PsMAPK2 y AtMPK1/2<br/>en respuesta al daño mecánico y al ácido jasmónico. Además, otras moléculas<br/>señalizadoras de estrés como el ácido abscísico y el peróxido de hidrógeno<br/>también regulan la actividad quinasa de PsMAPK2 y AtMPK1/2.


Mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades link extracellular stimuli with<br/>several cellular responses. These cascades are evolutionary conserved<br/>signalling modules present in all eukaryotes. MAPKs are serine/threonine<br/>kinases that are activated by dual phosphorylation of the threonine and the<br/>tyrosine residues at a TXY activation motif. These phosphorylations are<br/>performed by a MAPK kinase (MAPKK), which is in turn activated by an<br/>upstream MAPKK kinase (MAPKKK).<br/>In Arabidopsis thaliana, twenty MAPKs have been identified and classified<br/>according to their sequence homology into four major groups (A to D). A large<br/>amount of information about MAPKs in group A and B is available but very little<br/>is known about MAPKs of subgroup C1. Specific changes in transcript levels<br/>during pollen or ovule development have been reported for two members of C1<br/>subgroup, ntf3 from tobacco and PMEK1 from Petunia. In Arabidopsis,<br/>subgroup C1 is constituted by two MAPK genes: AtMPK1 (AT1G10210) and<br/>AtMPK2 (AT1G59580). The function of these genes remains mostly unknown,<br/>regardless of data which indicate a possible relationship between these genes<br/>and some stress responses. It has been reported that the mRNA levels of<br/>AtMPK1 and AtMPK2 increased slightly under salt stress and are downregulated<br/>after 24 h of cold treatment, respectively. Gene expression data<br/>deposited in public microarray repertories indicate a very low expression of the<br/>corresponding mRNAs and few and no relevant changes in their expression<br/>under a large variety of tissues and conditions. No data about the regulation of<br/>the kinase activity of subgroup C1 MAPKs is available. In this manuscript, we<br/>show that the two Arabidopsis MAPKs of subgroup C1 (AtMPK1 and AtMPK2)<br/>and one Pea MAPK of subgroup C1 (PsMAPK2) are activated by wounding, JA,<br/>ABA and H2O2.<br/>Meanwhile, transgenic Arabidopsis plants expressing PsMAPK2, PsMAPK2-<br/>LOF (loss-of-function mutation) or PsMAPK2-GOF (gain-of-function mutation)<br/>exhibited severe male sterility due to defects in anther development.

Subjects

577 - Material bases of life. Biochemistry. Molecular biology. Biophysics

Knowledge Area

F. Farmacia

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