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Caracterización a nivel molecular de los genes 1-desoxi-D-xilulosa 5-fosfato sintasa y 1-desoxi-D-xilulosa 5-fosfato reductoisomerasa de Arabidopsis thaliana

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Universitat de Barcelona. Departament de Bioquímica i Biomedicina Molecular

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[spa]  Los isoprenoides (o terpenoides) constituyen una vasta familia de compuestos de muy diversa naturaleza estructural y funcional presentes en todos los seres vivos. Los isoprenoides sintetizados por las plantas representan la inmensa mayoría de los 29000 identificados hasta el momento, constituyéndose en la mayor familia de productos naturales conocidos. Esta gran variedad de estructuras y funciones resulta tanto más asombrosa cuando descubrimos que todos ellos, independiente de su origen, derivan del mismo intermediario común, el isopentenil pirofosfato (IPP, C5).

Estructura química y función biológica son los criterios por los que han venido clasificándose convencionalmente todos los compuestos isoprenoides. Así, entre los que podríamos clasificar como primarios se incluyen algunos metabolitos esenciales para el crecimiento y desarrollo de la planta. Por su parte, conformando los denominados metabolitos secundarios aparecen compuestos isoprenoides con funciones no esenciales, y con frecuencia específicos de determinados grupos de plantas.

La unidad más sencilla a partir de la cual se forman los restantes terpenoides es referida como isopreno, de ahí el origen etimológico del término isoprenoide para referirse colectivamente a estos compuestos, caracterizados muchos de ellos por la capacidad de descomponerse térmicamente.

Muchos de estos compuestos eran conocidos y apreciados desde muy antiguo como aromatizantes, substancias medicinales, perfumes, pigmentos o narcóticos. Consecuentemente, numerosos productos isoprenoides representan un indudable interés económico. Entre ellos destacan el caucho, aromas como el de la uva variedad moscatel, el mentol o el limoneno, nutraceúticos como las vitaminas A, D3, K y E o los fitoesteroles y compuestos farmacológicamente activos como el taxol o la digitonina. Recientemente han sido registrados los carotenos licopeno y luteína como agentes oncoprotectores.

Animales, hongos y arqueobacterias sintetizan el IPP en exclusiva a partir del acetil-CoA a través de la ruta del mevalonato (MVA). De hecho, esta ruta, descubierta en los años 50, se consideraba proveedor único para la síntesis del intermediario común a todos los isoprenoides también en organismos fotosintéticos y eubacterias. Sin embargo, la última década ha sido testigo del descubrimiento de una nueva vía de síntesis de IPP.  Esta nueva vía biosintética, recientemente bautizada como del MEP, fue puesta de manifiesto originalmente en eubacterias y ha sido confirmada en diversos organismos autótrofos fotosintéticos, como las plantas superiores, las algas (excepción hecha de las euglenofitas) o las briofitas. Nuestro grupo ha sido pionero, en colaboración con el del Dr. Rohmer de la “Université Louis Pasteur” de Estrasburgo, en verificar la existencia de la ruta MEP en plantas, probablemente una de las últimas grandes ruta anabólicas por dilucidar. Adicionalmente, esta ruta ha sido confirmada también en los apicoplastos del organismo responsable de la malaria (Plasmodium falciparum) , así como en otros muchos organismos patógenos. Por todo ello, esta nueva ruta se erige en una diana ideal para el desarrollo de nuevos herbicidas y antibióticos.

A pesar de la importancia de las funciones señaladas desempeñadas por los isoprenoides, y del evidente interés que despierta su estudio, muchos aspectos de la bioquímica de estos productos y en particular de la regulación de su propia biosíntesis son relativamente poco conocidos, particularmente en lo que se refiere a aquellos sintetizados por la vía plastídica del MEP. La extrema complejidad de su metabolismo, por un lado, y la ocasionalidad de su biosíntesis tanto a nivel espacial como temporal, por otro, justifican la dificultad de su estudio.

Este trabajo pretende ser una introducción al estudio de los genes que codifican para las enzimas (DXS y DXR) que catalizan las dos primeras etapas de la ruta MEP de síntesis de IPP, utilizando para ello Arabidopsis thaliana, modelo universal de la genética molecular vegetal. De acuerdo con estos antecedentes se han planteado los siguientes objetivos que enunciamos a continuación:

1.-Identificar, aislar y caracterizar los genes DXS y DXR de A. thaliana.

2.-Resolver la función de las proteínas DXS y DXR en relación con las dos primeras etapas enzimáticas de la recientemente descubierta ruta MEP de síntesis de IPP.

3.-Analizar el patrón de expresión de los genes DXS y DXR.

4.-Determinar la localización subcelular de las proteínas DXS y DXR.

5.-Generar y examinar plantas transgénicas de sobreexpresión DXS y DXR, con el propósito de obtener información acerca de posible papel regulador en la biosíntesis de los isoprenoides plastídicos.

6.-Introducir el estudio de la interacción entre las vías MEP y del MVA de síntesis de IPP coexistentes en la célula vegetal.

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Tesis Doctorals - Departament - Bioquímica i Biologia Molecular (Biologia)

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Caracterización a nivel molecular de los genes 1-desoxi-D-xilulosa 5-fosfato sintasa y 1-desoxi-D-xilulosa 5-fosfato reductoisomerasa de Arabidopsis thaliana