Altered Levels of Glycosylated Sterols Affect Tomato Development and Stress Response

Abstract

Los esteroles son una familia de compuestos triterpénicos que se presentan en forma libre (FS, por sus siglas en inglés) o conjugada, como ésteres (SE), glicósidos (SG) y acilglicósidos de esteroles (ASG). Los esteroles glicosilados (SG y ASG) y los FS son componentes de la membrana celular, donde en combinación con otros lípidos unidos a la membrana juegan un papel clave en la modulación de sus propiedades y función. Las esterol glicosiltransferasas (SGT) catalizan la glicosilación del grupo hidroxilo en la posición C-3 de los FS para producir SGs. Trabajos previos realizados en nuestro grupo de investigación han demostrado que la familia de genes SGT en tomate consta de 4 miembros (SlSGT1-4) los cuales se expresan diferencialmente. Siendo SlSGT1 el gen más expresado en los diferentes órganos del tomate, mientras que la expresión del gen SlSGT4 es apenas detectable en condiciones basales, pero se regula positivamente en respuesta a diferentes estímulos de estrés. Aunque las cuatro SlSGT codifican enzimas SlSGT funcionales, la contribución individual de cada isoforma al perfil de esteroles glicosilados, así como el impacto de una composición alterada de estos esteroles conjugados en plantas de tomate, están lejos de comprenderse. En este proyecto de tesis investigamos como los niveles alterados de esteroles glicosilados, obtenidos por silenciamiento de la expresión de SlSGT1 mediada por microARN artificial o sobreexpresión de SlSGT4 afectan el crecimiento y desarrollo del tomate y su respuesta al estrés. En el estado vegetativo, el silenciamiento de SlSGT1 dio como resultado un fenotipo pleiotrópico caracterizado por plantas más cortas y con menor área foliar. También se observó una deducción del tamaño de los frutos. En ambos casos, las alteraciones fenotípicas se asociaron a una disminución en el contenido de esteroles glicosilados, debido principalmente a una disminución en los niveles de SG, la cual fue paralela a una acumulación de FS. Por otro lado, los resultados obtenidos sugieren cierta preferencia de SlSGT1 por el estigmasterol como sustrato para la glicosilación, y demuestran que está isoforma de SGT de tomate no está involucrada en la síntesis de glicoalcaloides esteroideos (SGA), un tipo de metabolitos especializados que participan en la respuesta de defensa de las plantas. También se estudió la respuesta de las plantas silenciadas SlSGT1 al estrés biótico (infección por Botrytis cinerea) y abiótico (frio), y se observó una mayor resistencia a la infección por B. cinera, pero una menor tolerancia al estrés por frio. Estos resultados demuestran que los SG juegan un papel en el desarrollo de las plantas y frutos de tomate, así como en la respuesta al estrés. Para entender mejor los mecanismos moleculares que conllevan a estos efectos fisiológicos, se realizaron experimentos de secuenciación de ARN (RNA-seq) en hojas y frutos de las líneas silenciadas SlSGT1, los resultados de este análisis muestran una regulación negativa de varios genes involucrados en los procesos de desarrollo y respuesta a diferentes estímulos que podrían ayudar a explicar algunos de los fenotipos observados. Además, generamos plantas transgénicas de tomate sobreexpresando constitutivamente SlSGT4. Sorprendentemente, los niveles de esteroles glicosilados en estas líneas transgénicas fueron más bajos que en las plantas de tipo silvestre, probablemente como resultado de una reducción en los niveles de SlSGT1 concomitantes detectados en estas líneas. La caracterización fenotípica de estas plantas mostró que los cambios en la expresión de SlSGT4, como los observados en el silenciamiento de SlSGT1, afectan el crecimiento de las plantas y frutos de tomate, pero también la producción y germinación de semillas. En conjunto los resultados obtenidos en este trabajo muestran evidencias contundentes del importante papel que juegan los esteroles glicosilados en el crecimiento y desarrollo de las plantas y los frutos de tomate, así como en la respuesta de las plantas a estreses bióticos y abióticos, y sienta las bases para futuros estudios dirigidos a comprender con más detalle los mecanismos moleculares por los cuales los esteroles glicosilados afectan estos procesos fisiológicos.