Estudio de la expresión de la formaldehído deshidrogenasa dependiente de glutatión de arabidopsis thaliana y su función en la patogénesis

Abstract

La formaldehído deshidrogenasa dependiente de glutatión (FALDH) (EC 1.2.1.1), conocida también como ADH clase III, es un enzima ubícuo, presente en el reino vegetal y animal. La eliminación del formaldehído dentro de la célula se realiza principalmente mediante la FALDH, que utiliza NAD+ como cofactor. El formaldehído es un intermediario del metabolismo celular normal, aunque puede tener también un origen exógeno, siendo un polucionante atmosférico y de aguas residuales. Por otra parte, el formaldehído se forma intracelularmente durante la peroxidación lipídica en situaciones de estrés oxidativo. La eliminación de este formaldehído, que es muy tóxico para la célula, es necesaria para su supervivencia.<br/>Recientemente se ha descubierto que la FALDH tiene también actividad S-nitrosoglutatión reductasa. El S-nitrosoglutatión (GSNO) es uno de los más abundantes metabolitos endógenos del oxido nítrico (NO), que actúa como uno de los señalizadores moleculares en los mecanismos de defensa de las plantas.<br/>En esta Tesis Doctoral hemos demostrado que la expresión de la FALDH está regulada por herida y por diferentes hormonas vegetales, tales como el ácido jasmónico y el ácido salicílico. También hemos generado plantas transgénicas de A. thaliana portadoras de una construcción antisentido, que presenta una importante disminución de la actividad enzimática FALDH, directamente relacionados con los niveles de proteína. Dichas plantas transgénicas tienen una menor capacidad de metabolizar formaldehído exógeno y presentan un aumento de la resistencia basal a patógenos fúngicos y bacterianos. Por otra parte, las plantas transgénicas con niveles de FALDH modificados (tanto las antisentido como las de sobreexpresión) muestran un fenotipo diferente, principalmente en la raíz. La inmunolocalización en tejidos reveló que la FALDH presenta un patrón de expresión en hojas y en raíz que es específico del tipo celular. A nivel subcelular, la FALDH está presente en citoplasma, núcleo y cloroplasto. Esta es la primera vez que se describe la localización cloroplástica de la FALDH.

The glutathione-dependent formaldehyde dehydrogenase (FALDH) is the main enzyme of the formaldehyde detoxification system in eukaryotes. In Arabidopsis, it is coded by a single gene, which is constitutively expressed. To gain more insight into the functional role of this enzyme in plants, we have studied the spatial distribution of the enzyme at cellular and subcellular level. By immunolocalization experiments on root and leaf sections we have demonstrate that the pattern of expression of the enzyme is cell specific. At subcellular level, FALDH localizes in cytoplasm, nucleus and chloroplasts. We have demonstrated that Arabidopsis plants with reduced levels of FALDH, bearing antisense constructs, show a slower rate in formaldehyde elimination. These results confirm the central role of FALDH in formaldehyde metabolism in plants and have important implications in the phytoremediation of environmental formaldehyde. We observed also that the antisense transgenics lines were more resistance to the infection with pathogens (bacteria and fungus).<br/>The importance of FALDH has been greatly increased by the discovery of its potent activity toward S-nitrosoglutathione, the condensation product of glutathione and nitric oxide (NO). NO and NO-related metabolites, such as S-nitrosothiols (SNOs) play a central role in signal transduction and host defense. We have investigated the gene response to mechanical wounding and plant hormones involved in signal transduction, showing that the gene is down-regulated by wounding in a JA-dependent pathway, and that it is transcriptionally activated by salicylic acid. This is the first time that regulation of FALDH in response to signals associated with plant defense has been demonstrated.