Control of phosphate starvation responses in Arabidopsis thaliana: new regulators and regulatory interactions
Author
Rajulu, CharukesiEntity
UAM. Departamento de Biología MolecularDate
2014-11-25Subjects
Arabidopsis thaliana - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Faculta de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 25-11-2014
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Abstract
To cope with growth under Pi starvation conditions, plants have evolved a series of
morphological and biochemical adaptations aimed to survive at best the stress situation. Pi
starvation signaling mechanism in plants has been widely studied in the past two decades.
However, there were some gaps in the knowledge of this pathway; for instance, on the
mechanism of regulation of PHR1 (master regulator of Pi starvation responses) activity, on
the properties of the Pi sensor, the complete TF set controlling the transcriptional
networks underlying Pi ion homeostasis etc,.
In this study we have contributed to the knowledge of phosphate starvation
signaling at 3 different fronts.
1) Identification of candidate TFs controlling PSRs using ionomics -we used a
large scale ionomic profiling approach to study the elemental profile of the transgenic lines
of TRANSPLANTA collection conditionally overexpressing TFs. In general, we observed that
alterations in the ionome involved disturbances in the levels of many elements. Giving
emphasis to P nutrient signaling, we selected 5 TF candidates (belonging to families of
DREB, bZIP, NAC and KNAT) whose ionomic pattern indicated potential correlations
between P and other elements like Zn, Fe and Mn.
2) SPX1 is a Pi dependent inhibitor of PHR1. Following a yeast two hybrid
approach, we identified SPX1 as an interactor of PHR1. Subsequent characterization studies
included physiological and transcriptomic analysis of spx1spx2 mutants, Coimmunoprecipitation
assay in-planta and in-vitro, as well as DNA binding assays. As a result
of this characterization, we established that SPX1 is a Pi dependent inhibitor of PHR1,
qualifying it as a sensor component.
3) New roles of PHO2 and NLA in Pi starvation signaling. In this study, we found
that PHO2 and NLA interact with each other suggesting they act in concert in the
ubiquitination pathway. In line with the previous finding that the negative growth
regulators bHLH149 is a target of PHO2, bHLH149 is also shown to be regulated by NLA,
reinforcing the link between Pi starvation signaling and growth control. In addition, SPX1 is
also shown to be a PHO2/NLA target, contributing to form a negative regulatory loop in Pi
starvation signaling involving PHR1, NLA, PHO2 and SPX1. Las plantas han desarrollado una serie de respuestas morfológicas y bioquímicas
destinadas a adaptar su crecimiento en condiciones de bajo Pi, en el suelo. El mecanismo de
señalización de ayuno de fosfato en plantas ha sido ampliamente estudiado en las últimas
dos décadas. Sin embargo, todavía existían importantes lagunas en el conocimiento de esta
ruta; por ejemplo, sobre cómo se regula la actividad de PHR1 (regulador maestro de las
respuestas al ayuno de Pi) ; sobre la naturaleza y el modo de accion del sensor de Pi y sobre
el conjunto de TFs de las redes de transcripción subyacentes a la homeostasis de Pi etc,.
En este estudio hemos contribuido en tres aspectos diferentes al conocimiento de la
señalización del ayuno de fosfato.
1) Identificación de nuevos TFs candidatos mediante aproximaciones
ionómicas. – Se ha realizado un analisis a gran escala del pefil ionómico de lineas
TRANSPLANTA que sobreexpresan condicionalmente TFs de Arabidopsis, para detectar
TFs cuya sobreexpresión altera el ionoma. En los casos encontrados, en general, se observó
que las alteraciones en el ionoma implican alteraciones en los niveles de muchos
elementos. Centrándonos en los TFs relacionados con la homeostasis de Pi, se
seleccionaron 5 TF candidatos (pertenecientes a familias de DREB, bZIP, NAC y KNAT) cuyo
patrón ionómico refleja las posibles correlaciones entre P y otros elementos como Zn, Fe y
Mn.
2) SPX1 es un inhibidor de PHR1 dependiente de Pi - Siguiendo una
aproximación basada en el método de los dos híbridos de levadura, se identificó SPX1 como
un interactor de PHR1. Estudios de caracterización posteriores incluyeron análisis
fisiológicos y transcriptómicos de mutantes spx1spx2, ensayos de co-inmunoprecipitación
in planta e in vitro, así como ensayos de unión de ADN. Como resultado de esta
caracterización, se estableció que SPX1 es un inhibidor PHR1 directamente dependiente de
Pi, cualificándolo como un componente del sensor de Pi.
3) Nuevas funciones de PHO2 y NLA en la vía de señalización de ayuno de Pi. En
este estudio, se encontró que PHO2 y NLA interaccionan entre sí lo que sugiere que actúan
en concierto en la ruta de ubiquitinación implicada en la señalización de Pi. En línea con
datos previos que establecieron que el inhibidor de crecimiento bHlH149, está controlado
por PH02, se ha comprobado que también está regulado por NLA, reforzando el vínculo
entre la señalización del ayuno de Pi y el control del crecimiento. Además, también hemos
demostrado que SPX1 es diana de PHO2 y NLA, lo que contribuye a formar un bucle
regulador negativo en la señalización del ayuno de Pi que implica a PHR1, NLA, PHO2 y
SPX1.
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