Peroxisomal-dependent signalling in plant response to abiotic stress

Abstract

There are numerous environmental conditions that are continuously changing and that affect all organisms, including plants. As an evolutionary adaptation, plants have developed specific mechanisms that allow them to cope with these adverse conditions. Environmental changes cause stress in plants and their response usually begins with the perception of the stress, followed by changes in metabolism and accompanied by gene expression alterations and protein modifications. All these processes are expected to induce an efficient response to the stress. Key players in orchestrating this response are reactive oxygen and nitrogen species (ROS/RNS), which build signalling networks with external and internal signals. ROS/RNS are generated during cell metabolism. Under normal conditions antioxidant system controls ROS/RNS production, however at high or uncontrolled concentrations, a rapid accumulation takes place, leading to cellular damage. One of the main sites for ROS/RNS generation in the cell are peroxisomes. These organelles are highly dynamic and metabolically active and are found in almost all eukaryotic cells. Peroxisomes are closely linked to mitochondria and chloroplasts, sharing metabolic pathways, as well as the import and transport of proteins. Organelles/compartments-dependent signalling communication to the nucleus, termed retrograde signalling, from mitochondria and chloroplast in stress response are better understood than in peroxisomes. Different types of stresses and the subsequent response of the plant are studied in our group, being the common link the peroxisome and the production of the signal molecules ROS/RNS. Thus, the present Thesis aims to elucidate peroxisomal-dependent signalling in plant response to abiotic stress as general objective.

Las condiciones ambientales cambian continuamente, afectando a todos los organismos, incluidas las plantas. Evolutivamente las plantas han desarrollado mecanismos específicos que les permiten hacer frente a las condiciones adversas. Los cambios en el entorno provocan estrés en las plantas y su respuesta empieza con la percepción del estrés, seguida de cambios en el metabolismo y acompañada de alteraciones en la expresión génica y modificaciones en proteínas. Todos estos procesos están dirigidos a dar una respuesta eficaz al estrés, en la que las especies reactivas de oxígeno y nitrógeno (ROS/RNS) son fundamentales. Las ROS/RNS se generan en células vegetales como consecuencia del metabolismo celular y participan como moléculas señal. En condiciones normales, los sistemas antioxidantes controlan la producción de ROS/RNS, sin embargo, si se acumulan de forma no controlada, se provoca daño celular. Uno de los principales compartimentos celulares donde se producen las ROS/RNS son los peroxisomas. Estos orgánulos son muy dinámicos y metabólicamente activos y se encuentran en casi todas las células eucariotas. Los peroxisomas están estrechamente relacionados con las mitocondrias y los cloroplastos, ya que comparten vías metabólicas, así como el importe y transporte de proteínas. La comunicación/señalización entre los distintos compartimentos y el núcleo se denomina señalización retrógrada. En mitocondrias y cloroplastos y en respuesta a estrés, esta señalización se ha estudiado ampliamente mientras que en peroxisomas la información disponible es escasa. En nuestro grupo se estudia la respuesta de la planta a diferentes tipos de estreses, siendo el nexo común el peroxisoma y el papel señalizador de las ROS/RNS. Por tanto, la presente Tesis tiene como objetivo general dilucidar la señalización dependiente de peroxisomas en la respuesta de las plantas al estrés abiótico.