Control del crecimiento y desarrollo de las plantas por la luz : Funciones fotoperceptivas y mecanismos de acción del fitocromo A

• Autores: Yanovsky, Marcelo Javier
• Año de publicación: 1999
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Casal, Jorge José
• Materia: LUZ; FITOCROMO A; DESETIOLACION; PERCEPCION DE VECINAS; RELOJ CIRCADIANO; TRANSDUCCION DE SEÑALES; ARABIDOPSIS THALIANA; PAPA; LIGHT; PHYTOCHROME A; DE-ETIOLATION; NEIGHBOR PERCEPTION; CIRCADIAN RHYTHMS; SIGNAL TRANSDUCTION; ARABIDOPSIS THALIANA; POTATO
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La luz es un factor ambiental crítico para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Provee no solo laenergía lumínica necesaria para el proceso fotosíntético, sino también señales informativas que las plantasutilizan para coordinar su crecimiento y desarrollo con el ambiente circundante. La percepción de lasseñales lumínicas esta mediada por fotorreceptores específicos como los fitocromos. Estos son unapequeña familia de proteínas codificada por cinco genes en Arabidopsis thaliana, FITOCROMO A-E (PHY A-E). El objetivo de esta tesis es dilucidar las funciones sensoriales y los mecanismos de acción de uno de losfitocromos más abundantes, el fitocromo A (phy A). Las funciones fotosensorias del phy A en condiciones naturales de radiación fueron investigadascomparando el comportamiento de plantas con niveles normales de phy A y de plantas mutantes y/otransgénicas con niveles incrementados o reducidos de este fotorreceptor. De los experimentos se puedeconcluir que el phy A actúa como un sensor de cambios en la irradiancia. En plantas etioladas el phy A esel único fotorreceptor que permite a las plantas distinguir la transición entre la oscuridad reinante bajo lasuperficie del suelo y la escasa luz presente bajo canopeos muy densos. Los cambios morfológicos yfisiológicos desencadenados por el phy A en respuesta a la percepción de dicho cambio en el ambientelumínico incrementan notablemente la supervivencia de las plantas emergidas en tales condiciones. Elphy A, además, está involucrado en la percepción de los cambios en el ambiente lumínico producidos porla presencia de plantas vecinas: percibe directamente la disminución de la cantidad de luz roja (R) y rojolejana (RL) que se produce por el sombreado y modula, indirectamente, la sensibilidad a reducciones de larelación R/RL que se producen por la relexión selectiva de RL en las hojas de plantas vecinas. Estasacciones del phy A conducen finalmente a un incremento en la tasa de alargamiento del tallo quedisminuyen el riesgo de sombreado. En plantas verdes el phy A también está involucrado en la percepciónde las transiciones cotidianas oscuridad/luz que se producen al amanacer. En respuesta a la percepción dedicha señal el phyA sincroniza al reloj endógeno que controla el movimiento de las hojas y probablementela actividad de numerosos procesos vitales en las plantas. El phy A actúa a través de dos modos de acción, el VLFR (por Very Low Fluence Responses) que sesatura con muy bajos flujos de luz, y el HIR (por High Irradiance Responses) que se satura con altasirradiancias de RL. Aquí presento evidencias genéticas que indican que 1aacción del phy A en el VLFR yel HIR involucra dos mecanismos moleculares diferentes. Por un lado se identificaron dos loci, vlf1 (en elcromosoma 2) y vlf2 (en el cromosoma 5), polimórficos entre los ecotipos Landsberg erecta y Columbiade Arabidopsis thaliana, que afectan las respuestas VLFR pero no las HIR. También se caracterizaron lasrespuestas VLFR y HIR en dos mutantes de transducción de señales del phy A previamente identificados yse observó que uno de ellos, el fhy1, afectaba de manera similar las respuestas VLFR y HIR mientras queel otro, el fhy3, afectaba mucho más las respuestas HIR que las VLFR. En conjunto, estos resultadossugieren que el phy A desencadena las respuestas VLFR y HIR a través de dos vías de transducción deseñales diferentes que poseen algunos elementos en común. Por otro lado, utilizando una estrategianovedosa de búsqueda, se identificaron dos mutantes débiles de phy A, denominadas phy A-301 y phy A-302,que afectaban mucho más las respuestas HIR que las VLFR. Tanto la mutante phy A-301 como lamutante phy A-302 presentaron niveles reducidos de phy A en ensayos de inmunodetección. Lasecuenciación del gen PH YAen el mutante phy A-301, reveló una mutación que da lugar a una proteínatruncada que carece de 142 aa del extremo C-terminal. La secuenciación del gen PHYA en el mutantephyA-302 reveló una mutación puntual que convierte el glutamato 778 en lisina. Esta mutación seencuentra en una región previamente descripta como importante para la actividad regulatoria de losfitocromos. Estos resultados indican que las respuestas a muy bajos flujos, es decir las VLFR, y lasrespuestas a altas irradiancias, es decir las HIR, se diferenciarían en los niveles de phyA y/o en losdominios de ésta molécula necesarios para inducir cada una de las respuestas. En resúmen, hemos demostrado que el phyA está involucrado en la percepción de diferentes cambiosen el ambiente lumínico durante distintas etapas del ciclo de vida de las plantas y hemos encontradoevidencias genéticas que indican que el phyA actuaría a través de dos vías de transduccíón de señalesdistintas, una inducida en respuesta a muy bajos flujos de luz y otra inducida en respuesta a altasirradiancias.
Light is a critical enviromental factor for plants. It provides not only the radiant energy forphotosynthesis, but also the informational signals that plants use to adapt and optimize their growth anddevelopment in response to the ambient conditions. Perception of light signals is mediated by specificphotoreceptors such as phytochromes. Phytochromes are a small family of proteins encoded by five genesin Arabidopsis thaliana (PHYA-PHYE). The aim of this thesis is to investigate the photosensory functions of phytochrome A (phyA) and toimprove our understanding of the mechanisms by which this photoreceptor transduces different lightsignals. The photoperceptive functions of phyA were analyzed by comparing the behavior of mutant andtransgenic plants with either reduced or increased phyA levels to that of wild type (WT) plants that havenormal levels of this photoreceptor. It can be concluded, from the experimental results, that phyA acts as asensor of irradiance. In etiolated plants phyA is the only photoreceptor capable of perceiving the transitionfrom the dark envirnonment present below the earth surface to the low light levels present beneath verydense canopies. In response to the perception of that signal phyA induces several changes in thedevelopmental pattern that are crucial for seedling survival. In light-grown plants phyA is directlyinvolved in the perception of changes in the amount of red light (R) and far-red light (FR) produced as aconsequence of vegetation shading, and modulates the sensitivity to changes in the R/FR ratio producedby the selective reflection of FR in the leaves of nearby plants. These actions of phyA lead to an incrementin stem elongation that helps preventing future shading. In light-grown plants phyA is also involved in theperception of the dark/light transitions that occure daily at dawn. In response to such signal phyAsinchronizes the endogenous clock that controls the rhythm of leaf movement, and probably the activity ofother vital processes. PhyA acts through two different action modes. The first, VLFR (for Very Low Fluence Responses) issaturated with very low fluences of either R or FR light. The second, HIR (for High Irradiance Reactions)is only saturated with high irradiances of FR. Here I present genetic evidence indicating that the action ofphyA in the VLFR and HIR involve two different molecular mechanisms. First, I have identified two locipolyrnorphic between ecotypes Landsberg erecta and Columbia of Arabídopsis thalíana, vlf1 (onchromosome 2) and vlf2 (on chromosome 5), that affect VLFR but not HIR. Second, I have characterizedtwo previously identified phyA signal transduction mutants, fhy1 and fhy3, and found that fhy3 is moreaffected in the HIR than in the VLFR, while fhy1 is similarly affected in both phyA action modes. Theseresults suggest that phyA elicits VLFR and HIR through two different signal transduction pathways thathave some common component(s). Finally, using a novel screening strategy, I have identified two mutantslacking HIR but retaining VLFR. The genetic complementation analysis indicated that they were weakalleles of phyA and therefore they were named phyA-301 and phyA-302. Western blott analysis revealedthat both mutants had reduced phyA levels. The sequence analysis of the phyA-301 mutant indicated thatthe PHYA gene beared a mutation leading to a truncated phyA protein, lacking 142 aa from the C-terminaldomain. The sequence analysis of the phyA-302 mutant revealed a mutation that converted glutamic acid 778 into lysine. These results indicate that the responses to very low fluences of light and the responses tohigh irradiances of FR are different either in the levels of phyA or in the domains of this molecule that arenecessary to induce each type of response. In summary, we have shown that phyA is involved in the perception of different changes in the lightenvironment during the whole life cycle of plants and we have found genetic evidence supporting thehypothesis that phyA activates two different signal transduction pathways, one in response to very lowfluences of light and the other in response to high irradiances.
Fil: Yanovsky, Marcelo Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.