Defectos de Desarrollo del Crecimiento de Mutantes del Transportador de Hierro Mitocondrial 1 y 2 en Arabidopsis en Condiciones Suficientes de Hierro
Autores: Vargas, Joaquín; Gómez, Isabel; Vidal, Elena A.; Lee, Chun Pong; Millar, A. Harvey; Jordana, Xavier; Roschzttardtz, Hannetz
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Defectos de Desarrollo del Crecimiento de Mutantes del Transportador de Hierro Mitocondrial 1 y 2 en Arabidopsis en Condiciones Suficientes de Hierro
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Botánica
Palabras clave
Hierro
Mitocondrias
Mutante
Genes
Mutante doble
Fenotipos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 9
Citaciones: Sin citaciones
El hierro es el micronutriente más abundante en las mitocondrias de las plantas y tiene un papel crucial en las reacciones bioquímicas que involucran la transferencia de electrones. Se ha descrito que () es un gen esencial y que las plantas de arroz mutantes con reducción de función tienen una cantidad disminuida de hierro en sus mitocondrias, lo que sugiere fuertemente que OsMIT está involucrado en la captación de hierro mitocondrial. En , dos genes codifican homólogos de MIT. En este estudio, analizamos diferentes alelos y alelos mutantes, y no se observaron defectos fenotípicos en plantas mutantes individuales cultivadas en condiciones normales, confirmando que ni ni son esencialmente individuales. Cuando generamos cruces entre los alelos y , pudimos aislar plantas mutantes dobles homocigotas. Curiosamente, las plantas mutantes dobles homocigotas se obtuvieron solo cuando se utilizaron alelos mutantes de con la inserción de T-DNA en la región del intrón para los cruces, y en estos casos, se generó un ARNm correctamente empalmado, aunque a un nivel bajo. Se cultivaron y caracterizaron plantas mutantes dobles homocigotas, knockout para y knockdown para , en condiciones de suficiente hierro. Se observaron defectos de desarrollo pleiotrópicos, incluidos semillas anormales, un número aumentado de cotiledones, una tasa de crecimiento lenta, tallos pinoides, defectos en las estructuras florales y una reducción en la producción de semillas. Se realizó un estudio de RNA-Seq y pudimos identificar más de 760 genes expresados diferencialmente en . Nuestros resultados muestran que las plantas mutantes dobles homocigotas desregulan genes involucrados en el transporte de hierro, el metabolismo de cumarina, el metabolismo hormonal, el desarrollo de raíces y la respuesta al estrés. Los fenotipos observados, como los tallos pinoides y los cotiledones fusionados, en las plantas mutantes dobles homocigotas pueden sugerir defectos en la homeostasis de auxinas. Inesperadamente, observamos un posible fenómeno de supresión de T-DNA en la siguiente generación de plantas mutantes dobles homocigotas, correlacionándose con un aumento en el empalme del intrón A que contiene el T-DNA y la supresión de los fenotipos observados en la primera generación de las plantas mutantes dobles. En estas plantas con un fenotipo suprimido, no se observaron diferencias en la tasa de consumo de oxígeno de las mitocondrias aisladas; sin embargo, el análisis molecular de los marcadores de expresión génica, , , y , para el estrés mitocondrial y oxidativo mostró que estas plantas expresan un grado de perturbación mitocondrial. Finalmente, pudimos establecer mediante un análisis proteómico dirigido que un nivel de proteína del 30% de MIT2, en ausencia de MIT1, es suficiente para el crecimiento normal de las plantas en condiciones de hierro suficiente.
Descripción
El hierro es el micronutriente más abundante en las mitocondrias de las plantas y tiene un papel crucial en las reacciones bioquímicas que involucran la transferencia de electrones. Se ha descrito que () es un gen esencial y que las plantas de arroz mutantes con reducción de función tienen una cantidad disminuida de hierro en sus mitocondrias, lo que sugiere fuertemente que OsMIT está involucrado en la captación de hierro mitocondrial. En , dos genes codifican homólogos de MIT. En este estudio, analizamos diferentes alelos y alelos mutantes, y no se observaron defectos fenotípicos en plantas mutantes individuales cultivadas en condiciones normales, confirmando que ni ni son esencialmente individuales. Cuando generamos cruces entre los alelos y , pudimos aislar plantas mutantes dobles homocigotas. Curiosamente, las plantas mutantes dobles homocigotas se obtuvieron solo cuando se utilizaron alelos mutantes de con la inserción de T-DNA en la región del intrón para los cruces, y en estos casos, se generó un ARNm correctamente empalmado, aunque a un nivel bajo. Se cultivaron y caracterizaron plantas mutantes dobles homocigotas, knockout para y knockdown para , en condiciones de suficiente hierro. Se observaron defectos de desarrollo pleiotrópicos, incluidos semillas anormales, un número aumentado de cotiledones, una tasa de crecimiento lenta, tallos pinoides, defectos en las estructuras florales y una reducción en la producción de semillas. Se realizó un estudio de RNA-Seq y pudimos identificar más de 760 genes expresados diferencialmente en . Nuestros resultados muestran que las plantas mutantes dobles homocigotas desregulan genes involucrados en el transporte de hierro, el metabolismo de cumarina, el metabolismo hormonal, el desarrollo de raíces y la respuesta al estrés. Los fenotipos observados, como los tallos pinoides y los cotiledones fusionados, en las plantas mutantes dobles homocigotas pueden sugerir defectos en la homeostasis de auxinas. Inesperadamente, observamos un posible fenómeno de supresión de T-DNA en la siguiente generación de plantas mutantes dobles homocigotas, correlacionándose con un aumento en el empalme del intrón A que contiene el T-DNA y la supresión de los fenotipos observados en la primera generación de las plantas mutantes dobles. En estas plantas con un fenotipo suprimido, no se observaron diferencias en la tasa de consumo de oxígeno de las mitocondrias aisladas; sin embargo, el análisis molecular de los marcadores de expresión génica, , , y , para el estrés mitocondrial y oxidativo mostró que estas plantas expresan un grado de perturbación mitocondrial. Finalmente, pudimos establecer mediante un análisis proteómico dirigido que un nivel de proteína del 30% de MIT2, en ausencia de MIT1, es suficiente para el crecimiento normal de las plantas en condiciones de hierro suficiente.