Functional characterization of aquaporin-type proteins in Arabidopsis thaliana mature pollen

Autor: Soto, Gabriela Cynthia
Přispěvatelé: Muschietti, Jorge
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2009
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
instacron:UBA-FCEN
Popis: La reproducción sexual en plantas incluye procesos en donde el movimiento de agua y solutos se encuentra finamente regulado, lo cual sugiere la participación de acuaporinas. La existencia de acuaporinas, facilitando estos flujos, provee una base molecular sólida para la regulación del transporte de agua y solutos a través de las membranas y de esta forma establecen conexiones entre dicho transporte, el desarrollo de las plantas y sus respuestas adaptativas a las condiciones a las que se encuentran expuestas tanto a nivel organismo, como tejido e incluso a nivel intracelular. Este trabajo de tesis se centró principalmente en la identificación y caracterización de las acuaporinas potencialmente involucradas en la reproducción desde los órganos reproductivos masculinos en Arabidopsis thaliana. Primeramente identificamos las tres acuaporinas específicas de granos de polen de Arabidopsis, AtTIP5;1, AtTIP1;3 y AtNIP4;1. En base a experimentos funcionales, utilizando ovocitos de Xenopus laevis como sistema heterólogo, pudimos determinar que AtTIP5;1, AtTIP1;3 y AtNIP4;1 son transportadores de agua. AtTIP5;1 y AtTIP1;3 son también transportadores de urea y solamente AtTIP5;1 se encuentra regulado por pH externo. Estudios de localización subcelular evidenciaron que AtTIP5;1 se expresa en mitocondrias de polen. Por otro lado, AtTIP1;3 se encuentra en estructuras intracelulares no vacuolares del tipo vesículares, pero que no participan de mecanismos de endocitosis ni exocitosis. Finalmente, los experimentos fisiológicos in vitro sugirieron un papel de AtTIP5;1 en germinación del grano de polen actuando como regulador negativo. AtTIP5;1, AtTIP1;3 y AtNIP4;1 se vincularon de forma directa o indirecta con el proceso de elongación del tubo polínico, destacándose los efectos más drásticos para AtTIP1;3. En cuanto a los experimentos fisiológicos in planta, encontramos que solamente AtNIP4;1 tiene afectados los parámetros de fertilidad con una reducción significativa en el número de semillas. En el marco de esta tesis doctoral hemos realizado una revisión de la información disponible de acuaporinas de plantas, evaluando los perfiles de expresión de las mismas en los diversos tejidos. Hemos discutido la nomenclatura utilizada para clasificar esta familia proteica y analizado la posibilidad de establecer relaciones filogenéticas y funcionales entre los distintos subgrupos: PIPs, TIPs, NIPs y SIPs. El conjunto de resultados desarrollados en esta tesis, en concordancia con los trabajos publicados en estos últimos años, nos ha permitido aventurar posibles roles en relación con la actividad de transporte de agua y/o solutos de las acuaporinas de polen; que van desde la migración celular hasta el control del daño y prevención de apoptosis. También nos ha permitido generar un modelo sobre el mecanismo de acción de las acuaporinas en el polen relativo a la actividad como transportadores de urea. Este modelo vincula la actividad de AtTIP5;1 y AtTIP1;3 con el reciclado del nitrógeno descripto en polen. Sexual reproduction involves processes where water and solute movement is finely regulated, suggesting the involvement of aquaporins. The existence of aquaporins facilitating these flows, provides a solid molecular basis for the regulation of water and solute transport through membranes and thus make connections between the transport, plant development and adaptive responses to conditions to which the plant is exposed at both the organism such as tissue or even intracellular level. This thesis is focused mainly on the identification and characterization of aquaporin potentially involved in reproduction from the male reproductive organs in Arabidopsis thaliana. We first identified the three Arabidopsis pollen grains specific aquaporins, AtTIP5;1 AtTIP1,3 and AtNIP4;1. Based on functional experiments using Xenopus laevis oocytes as a heterologous system, we could determine that AtTIP5;1 AtTIP1;3 and AtNIP4;1 are water carriers. AtTIP5;1 and AtTIP1;3 are also carriers of urea and only AtTIP5;1 is regulated by external pH. Subcellular localization studies showed that AtTIP5;1 is expressed in pollen ́s mitochondria. Furthermore, AtTIP1;3 is located in intracellular structures not vesicular vacuolar-type, but not participating in endocytosis and exocytosis mechanisms. Finally, in vitro physiological experiments suggested a role AtTIP5;1 in pollen grain germination by acting as negative regulator. AtTIP5;1, AtTIP1,3 and AtNIP4;1 is linked directly or indirectly with the process of pollen tube elongation, especially the more drastic effects for AtTIP1;3. For physiological experiments in planta, we found that only AtNIP4;1 has affected fertility parameters with a significant reduction in the number of seeds. As part of this thesis, we have conducted a review of available information of plant aquaporins, evaluating the expression profiles of the same in various tissues. We discussed the nomenclature used to classify this protein family and discussed the possibility of phylogenetic and functional relationships between different subgroups: PIPs, TIPs, NIPs and SIPs. Together, the results obtained in this thesis, along different reports published in recent years has allowed us to venture possible roles in relation to water and urea transport activity of pollen's aquaporins ranging from cell migration, to damage control the and prevent apoptosis. It also allowed us to generate a model on the mechanism of action of aquaporins on the activity of urea transporters in pollen. This model links specially AtTIP5;1 activity, and AtTIP1;3 with nitrogen recycling in pollen. Fil: Soto, Gabriela Cynthia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Databáze: OpenAIRE
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