[ES] El crecimiento de las plantas se ve afectado por el estrés abiótico, sequía, salinidad o altas temperaturas. La transducción de señales de estrés abiótico es fundamental para generar una respuesta fisiológica adecuada, que implica la participación de diferentes hormonas vegetales, siendo el ácido abscísico (ABA) el regulador hormonal crítico en la regulación de la respuesta de la planta a situaciones de estrés por déficit hídrico. La vía de señalización de ABA y los componentes principales están bien caracterizados molecular y bioquímicamente. Los receptores de ABA "Pyrabactin Resistance 1"(PYR)/"PYR1-LIKE" (PYL)/ "Regulatory Component of ABA Receptor" (RCAR) juegan un papel importante en la regulación cuantitativa de la señalización ABA tanto en semillas como en tejidos vegetativos. Aunque la función bioquímica de los receptores PYR/PYL/RCARs de ABA, está bien caracterizada, se conoce poco sobre otros aspectos con relevancia biológica, como sus modificaciones postraduccionales o la regulación de su vida media. Uno de los avances recientes en este campo ha sido el descubrimiento de una nueva familia de E3 ligasas llamadas RSL1/RFAs ("RING-finger-ABA-related") que consta de al menos 10 miembros, reguladores clave de la estabilidad de los receptores PYR/PYL/RCAR de ABA en tejidos de raíces y hojas, regulando su degradación en diferentes ubicaciones celulares. Un estudio detallado de esta familia génica reveló que RSL1/RFA se caracterizan estructuralmente por la presencia de tres dominios RING putativos en tándem, denominados "RING1-IN BETWEEN RING-RING2" (RBR), y en consecuencia pertenecen a la familia de E3 ligasas de tipo RBR. Cinco miembros de la familia RSL1/RFA, RSL1 y RFA6-RFA9, contienen un dominio TM en el extremo C-terminal, lo que sugiere que RFA6-RFA9 también se localizan en la membrana plasmática. Sin embargo, otros miembros de las E3 ligasas como RFA1-RFA5 carecen del dominio TM C-terminal y su caracterización funcional, así como su ubicación celular, aún no se conocen. Nosotros mostramos que la E3 ligasa RFA1 se localiza en núcleo y citosol, mientras que RFA4 muestra una localización específica en el núcleo promoviendo la degradación nuclear de los receptores ABA. Por lo tanto, los miembros de la familia RSL1/RFA interactúan con los receptores ABA en la membrana plasmática, el citosol y el núcleo, dirigiéndolos a su degradación a través de la vía endosomal/vacuolar (en el caso de RSL1) o el proteosoma 26S (para RFA1 y RFA4). Proporcionamos información sobre la función fisiológica de estas E3 ligasas de tipo RBR. Realizando tanto mutagénesis como ensayos bioquímicos para identificar la cisteína 361 (Cys361) en RFA4 como la Cys del sitio activo, que es una característica distintiva de las E3 ligasas de tipo RBR. Demostramos mediante análisis de inmunotransferencia del mutante con pérdida de función de rfa1rfa4 que los niveles endógenos de los receptores de ABA PYR1 y PYL4 aumentan en comparación con las plantas de tipo silvestre. Hemos identificado una enzima E2, "Ubiquitin Conjugating Enzyme 26" (UBC26), como la enzima nuclear canónica E2 que interactúa con la E3 ligasa RFA4 y forma complejos UBC26-RFA4-Receptor, formando agregados nucleares. Generamos alelos ubc26 con pérdida de función que mostraban una mayor sensibilidad a ABA y acumulación de receptores ABA en comparación con el tipo silvestre. En definitiva, hemos revelado un sofisticado sistema de ubiquitinación de receptores ABA en diferentes ubicaciones subcelulares llevado a cabo a través de la familia de E3 ligasas RSL1/RFA de tipo RBR. Por otro lado, hemos iniciado pruebas bioquímicas para identificar la S-acilación en el dominio TM de RSL1. Generando RSL1C334S, RSL1 C5S y RSL1C6S mediante mutagénesis y RSL1ΔTM que presenta una delección del dominio TM. Los estudios iniciales han demostrado que los residuos de Cys cercanos al dominio TM están S-acilados. Finalmente, generamos nu / [CA] El creixement de les plantes es pot veure afectat per l'estrès abiòtic, sequera, salinitat o altes temperatures. La transducció de senyals d'estrès abiòtic és fonamental per a generar una resposta fisiològica adequada, que implica la participació de diferents hormones vegetals, sent l'àcid abscísic (ABA) el regulador hormonal crític en la regulació de la resposta de la planta a situacions d'estrès per dèficit hídric. La ruta de senyalització d'ABA i els components principals de la ruta estan ben caracteritzats molecularment i bioquímica. Els receptors "Pyrabactin Resistance 1"(PYR)/"PYR1-LIKE"(PYL)/"Regulatory Component of ABA Receptor" (RCAR) exerceixen un paper important en la regulació quantitativa en resposta a l'estrès tant en llavors com en planta. Encara que la funció bioquímica dels receptors PYR/PYL/RCARs d'ABA, està ben caracteritzada en els últims anys, es coneix poc sobre altres aspectes amb rellevància biològica, com les seues modificacions postraduccionals o la regulació de la seua vida mitjana. Un dels avanços recents en aquest camp ha sigut el descobriment d'una nova família d'E3 ligases anomenades RSL1/RFAs ("RING-finger-ABA-related") que consta d'almenys 10 membres, que són reguladors clau de l'estabilitat dels receptors PYR/PYL/RCAR d'ABA en teixits d'arrels i fulles, regulant la seua degradació en diferents ubicacions cel·lulars. Un estudi més detallat d'aquesta família gènica va revelar que RSL1/RFAs es caracteritzen estructuralment per la presència de tres dominis RING putatius en tàndem, denominats "RING1-IN BETWEEN RING-RING2" (RBR), i en conseqüència pertanyen a la família d'E3 ligases de tipus RBR. Cinc membres de la família RSL1/RFA, RSL1 i RFA6-RFA9, contenen un domini TM en l'extrem C-terminal, la qual cosa suggereix que RFA6-RFA9 també es localitzen en la membrana plasmàtica. No obstant això, altres membres d'aquesta família d'E3 ligases com RFA1-RFA5 manquen del domini TM C-terminal i la seua caracterització funcional, així com la seua ubicació cel·lular, encara no ha sigut investigada. Vam mostrar que l'E3 ligasa RFA1 es localitza tant en el nucli com en el citosol, mentre que RFA4 mostra una localització específica en el nucli promovent la degradació nuclear dels receptors ABA. Per tant, els membres de la família RSL1/RFA interactuen amb els receptors ABA en la membrana plasmàtica, el citosol i el nucli, dirigint-los a la seua degradació a través de la vía endosomal/vacuolar (en el cas de RSL1) o el proteosoma 26S (per a RFA1 i RFA4). Proporcionem informació sobre la funció fisiològica d'aquestes E3 ligases de tipus RBR. Realitzant tant mutagènesis com a assajos bioquímics per a identificar la cisteïna 361 (Cys361) en RFA4 com la Cys del lloc actiu, que és una característica distintiva de les E3 ligases de tipus RBR. Hem demostrat mitjançant una anàlisi d'immuno-transferència del mutant amb pèrdua de funció de rfa1rfa4 que els nivells endògens dels receptors d'ABA PYR1 i PYL4 augmenten en comparació amb les plantes de tipus silvestre. D'altra banda, hem identificat un enzim E2, "Ubiquitin Conjugating Enzyme 26" (UBC26), com l'enzim nuclear canònic E2 que interactua amb l'E3 ligasa RFA4 i forma complexos UBC26-RFA4-Receptor, formant agregats nuclears. També generem al·lels ubc26 amb pèrdua de funció que mostraven una major sensibilitat a ABA i acumulació de receptors ABA en comparació amb el tipus silvestre. En definitiva, hem revelat un sofisticat sistema d'ubiquitinació de receptors ABA en diferents ubicacions subcel·lulars dut a terme a través de la família d'E3 ligases RSL1/RFA de tipus RBR. Hem iniciat proves bioquímiques per a identificar la S-acilació en el domini TM de RSL1. Hem generat RSL1C334S, RSL1 C5S i RSL1C6S mitjançant mutagènesis, així com RSL1ΔTM que presenta una delecció del domini TM. Els estudis inicials han demostrat que els residus de Cys pròxims al domini TM estan S-acilados. Final / [EN] Plant growth is affected by abiotic stress, drought, salinity or high temperature. Signal transduction of abiotic stress is crucial to generate an appropriated physiological response, which involves the participation of different plant hormones, being abscisic acid (ABA) the critical hormonal regulator in regulating the plant's response to situations of stress due to water deficit. The ABA signaling pathway and the major components of the pathway are well characterized molecularly and biochemically. Pyrabactin Resistance 1 (PYR)/PYR1-LIKE (PYL)/Regulatory Component of ABA Receptor (RCAR) ABA receptors play an important role in quantitative regulation of ABA signaling both in seeds and vegetative tissues. Although the biochemical function of the PYR/PYL/RCAR ABA receptors has been well established in recent years, little is known about other aspects with biological relevance, such as their post-translational modifications or the regulation of their half-life. One of the recent advances in this field has been the discovery of a new family of E3 ligases called RSL1/RFAs (RING-finger-ABA-related) that consists of at least 10 members, which are key regulators of the stability of PYR/PYL/RCARs in root and leaf tissues, and regulate the degradation of ABA receptors at different cellular locations. Further inspection of the gene family revealed that RSL1/RFAs are structurally characterized by the presence of three putative RING domains in tandem, named as RING1-IN BETWEEN RING (IBR)-RING2, and accordingly they belong to the RBR-type E3 ligase family. Five members of the RSL1/RFA family, that is, RSL1 and RFA6-RFA9, contain a TM domain at the C-terminal end of the proteins, which suggests that RFA6-RFA9 are also localized in plasma membrane. However, other members of this family of E3 ligases such as RFA1-RFA5 lack the C-terminal TM domain and their functional characterization, as well as their cellular location, has not been investigated yet. In this study we show that the E3 ligase RFA1 is localized both in the nucleus and in the cytosol, while RFA4 shows a specific localization in the nucleus promoting the nuclear degradation of ABA receptors. Therefore, we members of the RSL1/RFA family interact with ABA receptors at the plasma membrane, cytosol and nucleus, targeting them for degradation via the endosomal/vacuolar pathway (in the case of RSL1) or the 26S- proteasome (for RFA1 and RFA4). We provide information on the physiological function of these RBR-type E3 ligases, which are hardly explored in plants. Additionally, we performed mutagenesis and biochemical assays to identify Cys361 in RFA4 as the active site cysteine, which is a distinctive feature of RBR-type E3 ligases. We have shown by immunoblot analysis of the rfa1rfa4 loss-of-function mutant that endogenous levels of ABA receptors PYR1 and PYL4 are increased compared to wild-type plants. On the other hand, we have identified an E2 enzyme, Ubiquitin Conjugating Enzyme 26 (UBC26), as the canonical nuclear enzyme E2 that interacts with the E3 ligase RFA4 and forms UBC26-RFA4-Receptor complexes, forming nuclear aggregates. We also generated loss-of function ubc26 alleles that exhibited higher sensitivity to ABA and accumulation of ABA receptors compared to wild type. We have revealed a sophisticated ubiquitination system of ABA receptors in different subcellular locations carried out through the RBR-type RSL1/RFA family of E3 ligases. We have proceeded with the biochemical and genetic study of the different members of the family. We have started biochemical tests to identify the S-acylation in the TM domain of RSL1. To this end, we have generated RSL1C334S, RSL1 C5S and RSL1C6S by mutagenesis as well as RSL1ΔTM, a deletion of the TM domain. Initial studies have shown that Cys residues close to the TM domain are S-acylated. Finally, we have also generated new combined mutants: rsl1rfa1, rsl1rfa5, rfa1rfa5 and rsl1rfa1rfa5. / Fernández López, MA. (2021). Regulación de la señalización del ABA mediante mecanismos que controlan vida media y actividad de los receptores PYR/PYL [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172364 / TESIS

[ES] El tiempo de floración es uno de los caracteres más importantes que influyen en la productividad y el rendimiento de los cultivos. La identificación de compuestos sintéticos que sean bioactivos en el control de la inducción floral es de gran interés. Su identificación podría permitirnos ajustar el tiempo de floración en los cultivos, adaptándolos a las condiciones ambientales más favorables. Para identificar estos compuestos, hemos tomado dos enfoques diferentes: un cribado genético químico y la caracterización del metaboloma de transición floral. En primer lugar, realizamos un rastreo de genética química para identificar moléculas pequeñas que tengan el potencial de controlar la expresión del florígeno, FLOWERING LOCUS T (FT) o la actividad o señalización de FT en Arabidopsis. Para ello, hemos utilizado plantas transgénicas que expresan el gen ß-GLUCURONIDASE (GUS) bajo el control del promotor FT para probar una librería de 360 moléculas preseleccionadas. Los resultados positivos obtenidos se volvieron a analizar mediante un cribado secundario basado en la expresión del gen reportero LUCIFERASE (LUC) bajo el control del promotor FT. Utilizando este enfoque, hemos identificado una molécula que induce con éxito la floración en condiciones de cultivo in vitro. En segundo lugar, hemos caracterizado la función del ácido pipecólico (Pip), una molécula previamente identificada como candidata a regular la floración. Hemos confirmado que las mutaciones en las enzimas responsables de la biosíntesis de Pip muestran una alteración en la respuesta del tiempo de floración. Además, hemos identificado un nuevo papel del Pip relacionado con el crecimiento y el tamaño de la roseta de Arabidopsis. Finalmente, utilizamos un sistema inducible basado en el promotor de CONSTANS (CO) que controla la expresión del gen endógeno de CO fusionado con el receptor de glucocorticoides de rata (CO::GR). De manera que con un solo tratamiento con dexametasona podemos inducir la floración. Con este sistema, realizamos un estudio del metaboloma de muestras de ápices y hojas mediante técnicas de metabolómica dirigida, lipidómica, cuantificación hormonal y transcriptómica. La integración de estos conjuntos de datos ómicos nos ha permitido identificar rutas metabólicas que se encuentran alteradas durante la transición floral. A su vez, la caracterización de mutantes de pérdida de función que codifican enzimas clave de esas vías metabólicas, reveló que algunos de estos mutantes mostraban un fenotipo afectado para el tiempo de floración. Entre ellos, nos enfocamos en la caracterización de los genes relacionados con el metabolismo de la rafinosa, un oligosacárido de reserva. Mutantes afectados en el gen RAFFINOSE SYNTHASE 5 (RS5) presentan un fenotipo de floración temprana y fertilidad reducida. En base a los resultados obtenidos, proponemos un modelo en el que, durante la transición floral, se produce una reestructuración de las ratios entre carbohidratos sencillos (monosacáridos y disacáridos) y de reserva, como la rafinosa. Estos cambios podrían ser modulados por el ácido abscísico (ABA) y por genes relacionados con la floración, desencadenando cambios en el metabolismo de la trehalosa y promoviendo una expresión temprana de FT. / [CA] El temps de floració és un dels caràcters amb més influència en la productivitat i el rendiment dels cultius. La identificació de compostos sintètics bioactius per al control de la inducció floral és de gran interés, ja que la seua identificació podria permetre ajustar el temps de floració dels cultius, aspecte que podria contribuir a l'adaptació a condicions ambientals més favorables. Per a identificar aquests compostos, hem portat a terme dues aproximacions diferents: un garbellat genètic químic i la caracterització del metaboloma de la transició floral. En primer lloc, hem realitzat un cribratge genètic-químicper a identificar xicotetes molècules amb potencial per a controlar l'expressió del florígen, FLOWERING LOCUS T (FT) o l'activitat o la senyalització de FT a Arabidopsis. Per a portar a terme aquest cribratge, hem utilitzat plantes transgèniques que expressen el gen ß-GLUCURONIDASE (GUS) sota el control del promotor de FT amb les quals hem assajat una llibreria de 360 molècules preseleccionades de manera prèvia. Els resultats positius obtinguts en aquest cribratge t s'han sotmés a un cribratge secundari basat en l'expressió del gen reporter LUCIFERASE (LUC) sota el control del promotor FT. La utilització d'aquesta primera aproximació ha permés la idenfiticació d'una molècula que indueix amb èxit la floració en condicions de cultiu in vitro. En En segon lloc, hem caracteritzat la funció de l'àcid pipecòlic (Pip), una molècula prèviament identificada com a candidata a regular la floració. Aquesta aproximació ens ha permet confirmar que mutacions als enzims responsables de la biosíntesi de Pip comporten una alteració al temps de floració. A més, en aquest treball hem identificat un nou paper del Pip relacionat amb el creixement i la grandària de la roseta d'Arabidopsis. Finalment, hem utilitzat un sistema induïble basat en el promotor de CONSTANS (CO) que controla l'expressió del gen endogen de CO fusionat al receptor de glucocorticoides de rata (CO::GR). Aquesta construcció ens proporciona una ferramenta amb la qual induir la floració amb un sol tractament amb dexametasona. A continuació, hem realitzat un estudi del metaboloma de mostres d'àpexs i fulles mitjançant tècniques de metabolòmica dirigida, lipidómica, quantificació hormonal i transcriptòmica. La integració d'aquest conjunt de dades ómiques ens ha permés identificar les rutes metabòliques que es troben alterades durant la transició floral. Al mateix temps, la caracterització de mutants de pèrdua de funció que codifiquen enzims clau per a aquestes rutes metabòliques, ha revelat que alguns d'aquests mutants mostren un fenotip afectat pel que fa al temps de floració. Dintre dels mutants analitzats, ens hem centrat en la caracterització dels gens relacionats amb el metabolisme de la rafinosa, un oligosacàrid de reserva. Els mutants del gen RAFFINOSE SYNTHASE 5 (RS5) presenten un fenotip de floració primerenca i fertilitat reduïda. Sobre la base dels resultats obtinguts, proposem un model en el qual, durant la transició floral, es produeix una reestructuració de les ràtios entre carbohidrats senzills (monosacàrids i disacàrids) i de reserva, com la rafinosa. Aquests canvis podrien ser modulats per l'àcid abscísic (ABA) i per gens relacionats amb la floració, i desencadenariencanvis al metabolisme de la trehalosa, així com la generació de l'expressió primerenca de FT. / [EN] Flowering time is one of the most important traits affecting crop productivity and yield. The identification of natural or synthetic bioactive compounds for the control of flowering induction is of great interest. The identification of compounds with the potential to regulate flowering could allow us to fine-tune flowering responses in crops and adapt them to the changing environmental conditions. To identify these compounds, we have taken two different approaches: a chemical genetic screening and the characterization of the metabolome of floral transition. First, we performed a chemical genetic screening to identify small molecules that have the potential to control the expression of the florigen FLOWERING LOCUS T (FT) or FT activity or signaling in Arabidopsis. We used transgenic plants expressing the ß-GLUCURONIDASE gene (GUS) under the control of the FT promoter to test a preselected library of 360 molecules. Positive hits were retested by a secondary screening based on the expression of the LUCIFERASE (LUC) reporter gene under the control of the FT promoter. Using this approach, we have identified one molecule that successfully induces flowering under in vitro culture conditions. Secondly, we have characterized the function of pipecolic acid (Pip), a molecule previously identified as a candidate to regulate flowering time. We have confirmed that mutations in enzymes responsible for Pip biosynthesis display an altered flowering response. A new role for Pip in rosette growth is also revealed in this work. Finally, we used an inducible system based on the promoter of CONSTANS (CO) driving the expression of CO fused to the rat glucocorticoid receptor (CO::GR). Such a construction provides a tool to induce flowering with a single dexamethasone treatment. We then performed a comprehensive metabolomic study of the shoot apex and leaf samples that included targeted metabolomics, lipidomics, hormone quantification, and transcriptomics. Integration of these omic datasets has allowed us to point out metabolic pathways that are altered during floral induction. Characterization of loss-of-function mutants coding key enzymes of those metabolic pathways revealed that some of these mutants showed a flowering time phenotype. Among them, we focused on the characterization of the contribution of the raffinose metabolism, a storage oligosaccharide, to the determination of flowering time. Mutants affecting RAFFINOSE SYNTHASE 5 (RS5) exhibit an early flowering phenotype and reduced fertility. We propose a model in which the balance between simple and storage carbohydrates in the apex changes during floral induction. This change could be modulated by ABA and flowering-related genes, and it triggers changes in trehalose metabolism, promoting flowering by an early FT upregulation. / Praena Tamayo, J. (2022). Identification of Bioactive Molecules in the Control of Flowering Time [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185177 / TESIS