Caracterización funcional dela enzima de la pared celular xiloglucano endotransglucosilasa.

Abstract

El objetivo general de este trabajo Tesis Doctoral se basó en la caracterización fisiológica, bioquímica y molecular de la enzima xiloglucano endotransglucosilasa/hidrolasa. Para ello, se utilizaron plantas de tomate (Solanum lycopersicum L.) de dos variedades y plantas transgénicas que tenían modificada la expresión de SlXTH1. <br/>De modo que estudiamos la participación de la XET en el crecimiento de plantas, elongación y expansión celular y su implicación en el crecimiento y ablandamiento de los frutos. Se evaluó el papel de las enzimas implicadas en el metabolismo de la pared celular de frutos durante la infección por un patógeno fúngico y en particular, de la XET. Además, estudiamos la posible regulación de las XTHs por etileno. <br/>Las conclusiones más relevantes fueron las siguientes: <br/>1. Las dos modificaciones génicas realizadas en el gen SlXTH1 en Solanum lycopersicum L. provocaron un aumento y disminución de la expresión génica de este isoenzima que se correspondió, con el aumento y disminución de la actividad XET. Es la primera vez que se han descrito plantas transgénicas que tienen aumentados los niveles de expresión de SlXTH1 y muestran un aumento de la actividad XET. <br/>2. En plántulas, la sobre-expresión de SlXTH1 provocó cambios irreversibles y permanentes en los enlaces del xiloglucano con el resto de los componentes, que posiblemente, fueron los responsables del aumento de la extensibilidad en la zona apical, y de la alteración del fenotipo. Esto sugiere que la XET está implicada en el crecimiento, y más concretamente, la isoenzima codificada por SlXTH1.<br/>3. En las plantas que tienen disminuida la expresión de SlXTH1, se encontraron cambios en el fenotipo (plantas más delgadas y pesaron menos), aunque no presentaron cambios en el crecimiento en altura. La expresión de SlXTH1 y la actividad XET total fue particularmente importante en los tejidos vasculares. Nuestros resultados sugieren que el gen SlXTH1 podría estar implicado en la diferenciación de los haces vasculares.<br/>4. Los frutos de las plantas que sobre-expresaron el gen SlXTH1 cuentan con una mayor masa molecular del xiloglucano y fueron mas duros, presumiblemente por los cambios encontrados en la estructura del xiloglucano provocados por la actividad XET, lo que sugiere que esta enzima es clave para el mantenimiento de la estructura del xiloglucano y de la pared celular. <br/>5. La respuesta a los estreses abióticos ensayados de las plantas que tenían reprimida la expresión del gen SlXTH1, fue una disminución del crecimiento, sugiriendo la implicación del gen SlXTH1 en las modificaciones del xiloglucano, ocasionando diferencias en la estructura de la pared celular que alterarán la respuesta a estos estreses.<br/>6. En la respuesta de los frutos a los estreses bióticos, la expresión génica de todas las SlXTHs estudiadas y de la actividad XET se redujo. Por lo tanto, si la actividad XET es inhibida durante la infección, el papel mantenedor de la estructura del xiloglucano se anula, ocasionando el ablandamiento del fruto y el avance de la infección fúngica. En este caso, se sugiere la posibilidad de que se produjera una regulación de origen fúngico a nivel molecular de los genes SlXTHs.<br/>7. El etileno exógeno aplicado a frutos, indujo un aumento de la expresión de todas las SlXTHs estudiadas, mientras que la actividad XET total disminuyó. Por lo tanto, la disminución de la expresión génica de las SlXTHs, durante los procesos de la maduración e infección fúngica, no parece ser debida al aumento del etileno endógeno. De modo que, no podemos explicar qué implicaciones fisiológicas tiene el aumento de la expresión de los genes SlXTHs provocado por el etileno exógeno, lo que hace necesario seguir investigando los procesos de regulación de esta enzima.

The main object of this Thesis doctoral work was based in the physiological, biochemical and molecular characterization of the xyloglucan endotransglucosilase / hidrolase enzime. To achieve this, we have worked with tomato plants (Solanum lycopersicum L.) as a model system of Money Maker and Canario variety and transgenics plants, which have over-expression and repression level of expression of SlXTH1. <br/>On the one hand, our purpose was the study of the participation of XET in the plants growing, elongation and cellular expansion. After that, the second partial objective, was based on clarifying the implication of XET in fruits growing and softening. Moreover, it was to assess the paper of enzimes implicated in the cell wall metabolism of fruits during infection by fungus pathogen and in particulary, the implication of XET. Finally, we had studied the possible regulation of XTHs by ethylene. <br/>The most relevant conclusions were the following items:<br/>1. This is the first time that transgenics plants which have increased the levels of expression of XTH gene and show an increase in the enzimatic XET activity have been described.<br/>2. In seedling, the sobre-expression of SlXTH1 gene, mainly increases the XET soluble activity, which implies irreversible and permanent changes in the links of xyloglucan with the rest of components, facts that were responsible of an increase of extensibility in epycotils. These results suggest that XET is implicated in growing. <br/>3. In plants that have a decrease on the expression of SlXTH1 gene, changes in the fenotype it were found (plant slimmer and lighter), although these plants reached the same height. These results suggest that SlXTH1 gene would be implicated in vascular veins differentiation. <br/>4. The fruits of plants that have sobre-expression SlXTH1 gene were harder and had higher molecular mass that wild fruits, due to changes in xyloglucan structure caused by XET activity. This suggests that XET is implicated in supporting the structure of cell wall.<br/>5. The genetic expression of SlXTHs and activity XET decreased in fruits which suffer from biotic stress (fungus infection). In this case, we suggest the possibility of a fungus molecular regulation in SlXTHs genes.