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Grupo Patricia León
Hacia el entendimiento de los factores que modulan el desarrollo del cloroplasto en
plantas
El cloroplasto es un organelo central y distintivo de las plantas, no solo porque en el se
lleva a cabo la fotosíntesis, proceso a través del cual se incorpora todos los esqueletos
carbonados para todos los seres vivos, sino también porque en el se sintetizan
compuestos esenciales para el desarrollo de las plantas y para otros organismos, como
son vitaminas (provitamina A y E). Los cloroplastos son el resultado de un proceso
complejo de diferenciación que depende de mecanismos de regulación nuclear y también
de señales provenientes del cloroplasto. Finalmente, la diferenciación correcta de este
organelo es regulada por señales externas como la luz y los niveles de azúcares.
Identificar cuales son las moléculas que controlan la diferenciación del cloroplasto tanto
nucleares como cloroplásticas, es una de las preguntas centrales de nuestro grupo en que
la que hemos continuado trabajando durante los dos últimos años. Dentro de esta línea
hemos continuado con la caracterización en particular de tres mutantes alteradas en el
desarrollo de cloroplasto. Una de ellas (clb19) nos ha mostrado la función central que
proteínas de unión a RNA (PPRs) juegan para regular mecanismos postranscripcionales
como es la edición y en consecuencia para el desarrollo del organelo. Con este estudio
estamos entendiendo mas del proceso de edición y también de la función de los dos
blancos de ésta proteína que son centrales para la función cloroplástica y que codifican
para la subunidad alfa de la RNA polimerasa del cloroplasto y para la subunidad catalítica
de una de las proteasas principales de cloroplasto (ClpP). En relación a la mutante clb5
en este periodo hemos identificado el gen alterado en esta mutante. Para nuestra
sorpresa este gen codifica para una enzima de la biosíntesis de carotenos (Z caroteno
desaturasa). El interés de dicho hallazgo no radica en la identidad del gen, pues mutantes
en el mismo en maíz han sido obtenidas anteriormente, sino en la afectación que clb5
presenta en el desarrollo general y del cloroplasto de esta mutante que nunca se había
observado. Esta mutante detiene el desarrollo del cloroplasto en un estadio prácticamente
inicial (proplastido) y que también afecta drásticamente la estructura de la hoja. Estos
fenotipos, por lo menos en parte, son el resultado de la falta de expresión de una parte
importante de los genes requeridos para el desarrollo y función del cloroplastos que no se
observa a este grado en ninguna mutante albina previamente reportadas. Por lo tanto el
papel de esta enzima o de algún compuesto de dicha vía ha sido uno de los puntos
centrales de nuestro trabajo durante este priodo.
En el cloroplasto se sintetizan cientos de compuestos indispensables para su función
(pigmentos), desarrollo de la planta (hormonas) y de interés biotecnológico y de salud
(vitaminas A y E y antimaláricos). Todos estos (isorenoides) provienen de una vía de
reciente descubrimiento conocida como vía MEP. Entender como se regula esta vía
central es otro de las líneas en plantas es otro de los objetivos centrales de nuestro grupo
y en el que hemos estado involucrados en el periodo de este reporte. Esta vía esta sujeta
a regulación tanto a nivel transcripcional como a nivel postranscripcional. Particularmente
hemos encontrado que la vida media de una de las enzimas limitantes de esta vía (DXS)
esta sujeta a una regulación que depende de los niveles de sus productos finales.
Nuestros estudios recientes han mostrado que DXS es blanco de degradación de una de
la proteasa ClpP cuando se aumenta los niveles de bloques estructurales para la síntesis
de isoprenoides. Como es que esta proteasa detecta estos niveles es nuestro objeto de
estudio en el momento ya que resulta ser una regulación central para la vía. Sabemos
también que esta regulación es conservada al parecer en múltiples tipos de plantas,
incluyendo el maíz.
Finalmente, la diferenciación de los cloroplastos depende de señales metabólicas como
son los niveles de azúcares, que funcionan como moléculas señalizadoras parecidas a
hormonas. A través de la caracterización de mutantes incapaces de percibir normalmente
los niveles de azúcares, hemos identificado algunos componentes necesarios de dicha
señalización. Uno de dichos elementos es el factor transcripcional ABI4, el cual hemos
demostrado previamente que juega un papel central en la diferenciación del cloroplasto
mediada por azucares. En este periodo hemos demostrado que ABI4 directamente
reprime y activa la expresión de genes involucrados en algunas vía metabólicas como de
la fotosíntesis y almidón. Así mismo ABI4 transactiva a otros factores transcripcionales,
incluyendo a su propio gen. En varios de estos genes hemos identificado las secuencias
en cis responsables de dicha transactivación. ABI4 presenta un patrón de expresión muy
particular durante la embriogénesis y en los primeros días del desarrollo de la plántula. A
pesar de que se conoce que la falta de este factor resulta en insensibilidad a azucares y
en defectos en la diferenciación del cloroplasto que ha permitido especular una función en
la señalización del cloroplasto al núcleo, el papel de este factor en estos procesos es aún
poco clara. Con el propósito de tener un panorama mas claro de la función de este factor
durante el último año se ha analizado el patrón de expresión global de la mutante abi4 de
manera comparativa con otra mutante insensible a glucosa (gin2) durante el desarrollo
temprano de la plántula. Con este análisis pretendemos identificar algunos genes claves
para la función de ABI4 y de la señalización de azucares en dichos estadios.
Paralelamente hemos iniciado un análisis funcional de la proteína ABI4, utilizando
estudios transitorios y genes reporteros en protoplastos. Dichos estudios nos han
permitido identificar algunas secuencias importantes de la proteína. Los niveles de la
proteína ABI4 parecen estar estrictamente regulados y recientemente hemos encontrado
que in vivo esta proteína parece ser blanco de fosforilación de la cinasa MAP6 (cinasas
activadoras de plasminógeno). La regulación por fosforilación es frecuente en factores
transcripcionales pero en general poco se sabe de las cinasas responsables. Estudios
previos han mostrado que las MAP cinasa 3, 4 y 6 son sumamente importantes para la
regulación de respuestas a estrés, la participación de estas proteínas en la regulación por
azucares es novedoso y con el propósito de entender dicha participación mutantes y
plantas sobrexpresoras para dichas cinasas se han obtenido y están siendo
caracterizadas. Recientemente varios fenotipos para dichas mutantes se han observado
tanto en la semilla como en la estructura radicular, estos fenotipos son objeto de estudio
actual en nuestro grupo.
Integrantes del Grupo:
- Arturo Gueravara García (Asociado, MAPK y regulación de azucares)
- Elizabeth Cordoba (Asociado a partir de Octubre 2009, Señalización por azucares y vía
MEP en maíz)
- Carolina San Román (Técnico Académico, Vía MEP, mutantes albinas, azucares)
- Josefat Gragorio Jorge (Postdoc a partir de Septiembre 2009, ABI4 señalización por
azucares)
- Odette Avendaño (Estudiante de Doctorado, mutante clb5)
- Maricela Ramos Vega (Estudiante de Doctorado, mutante clb19)
- Susana (Estudiante de Doctorado a partir de 2010, mutantes clb5 y clb2)
- Edgar García (Estudiante de Doctorado a partir de 2010, vía MEP)
- Marel Change (Estudiante de Maestría, vía MEP)
- Jesús López Bucio (Estudiante de Maestría, MAPK)
- Carol (Estudiante de Licenciatura, ABI4 señalización de azucares)
- Luis Alberto De Luna Valdez (Estudiante de Licenciatura MAPK y azucares)
- Monica Santos Mendoza (Finalizó en Marzo 2009, ABI4)
- Mari Salmi (Postdoc finalizó en Junio 2009, clb2)
- Luis Medina (Estudiante de Licenciatura terminó en Mayo 2009, vía MEP)
- Alma Fabiola Bernal (Estudiante de Licenciatura terminó en Agosto 2009, señalización
de azucares)
Productividad Primaria
- Chateigner-Boutin, A.L., Ramos-Vega, M. Guevara-García, A., Andrés, C. GutiérrezNava, M., Cantero, A., Delannoy, E., Jiménez, L.F., Lurin, C., Small, I. and León, P. (2008)
CLB19, a novel pentatricopeptide repeat protein required for editing of rpoA and clpP
chloroplast transcripts. Plant J. 56: 590-602 (Factor de impacto 6.5).
- Michael A. Phillips, Patricia León, Albert Boronat, Manuel Rodríguez-Concepción (2008)
The plastidial MEP pathway: unified nomenclature and resources. Trends in Plant Science
13: 619-623 (Factor de impacto 8.7).
- Bossi, F., Cordoba, E., Dupré, P., Santos-Mendoza, M., San Román, C., Leon, P. (2009)
The Arabidopsis ABA-INSENSITIVE (ABI) 4 factor acts as a central transcription activator
of the expression of its own gene, and for the induction of ABI5 and SBE2.2 genes during
sugar signaling. Plant J. 59: 359-374 (Factor de impacto 6.5).
- León, P. Cordoba, E. and Salmi, M. (2009) Unraveling the regulatory mechanisms that
modulate the MEP pathway in higher plants. J. Exp. Bot. 60: 2933-2943 (Factor de
impacto 4).
- Herrera-Estrella, L. and Guevara-García, A. 2009. Heavy metal adaptation update
Encyclopedia of Life Sciences, John Wiley & Sons, Ltd. (http://www.els.net)
Divulgación
León P y Guevara Garcia, AA. (2007) El cloroplasto: Un organelo clave en la vida y el
aprovechamiento de las plantas en una ventana al quehacer cientifico Instituto de
Biotecnología de la UNAM 25 Aniversario. Ed. Rebolledo, F. & López Munguía, A.
Unversidad Nacional Autónoma de México 215-230 pp
Actividades docentes
- Nivel licenciatura se he participado en el taller de la Facultad de Ciencias de la UNAM en
los últimos dos años (Patricia León).
- Posgrado en Ciencias Bioquímicas curso de Biología Molecular (Patricia León y Arturo
Guevara)
- Posgrado en Ciencias Bioquímicas curso de Biología Celular (Patricia León)
- Posgrado en Ciencias Bioquímicas curso de Biología Vegetal (Patricia León y Arturo
Guevara)
Donativos
- Donativo de CONACyT
- Donativo de PAPIT
(2007-2010)
IN49274
(2009)
80084
(2007-2009)
IN218007
(2008-2010)
IN217608
Distinciones
2008
Japanese Society for the Promotion of Science Fellow (Short time visit in Japan)
2009
"Thompson Reuters" por el artículo de Latinoamerica más citados en los últimos 10
años en el área de genética