El direccionamiento de proteínas es esencial en las células eucariotas para mantener la función celular y la identidad de los orgánulos. Los péptidos de señal son un tipo principal de secuencias de direccionamiento que contienen una estructura tripartita, la cual se conserva en todos los dominios de la vida. A menudo se incluyen en el diseño de proteínas recombinantes en plantas para aumentar los rendimientos dirigiéndolas al retículo endoplásmico (RE) o al apoplasto. El procesamiento de los péptidos de señal bacterianos por las células vegetales no se comprende bien, pero podría ayudar en el diseño de sistemas de expresión heteróloga eficientes. Aquí analizamos el péptido de señal de la enzima PmoB de bacterias metanotróficas. En las células vegetales, el péptido de señal PmoB dirigió proteínas tanto a las mitocondrias como al RE. Esta localización dual se observó también en una versión mutada de la secuencia del péptido de señal con una eficiencia de direccionamiento mitocondrial mejorada. Se demostró que el direccionamiento mitocondrial dependía de una región hidrofóbica involucrada en el transporte al RE. Por lo tanto, sugerimos que la localización dual podría deberse a una vía ER-SURF caracterizada recientemente en levaduras. Este trabajo, por lo tanto, arroja luz sobre el procesamiento de los péptidos de señal bacterianos por las células vegetales y propone una nueva vía para el direccionamiento mitocondrial en plantas.