La presente tesis doctoral se enmarca dentro del tema de la homeostasis de cationes en células vegetales. El conocimiento de los transportadores involucrados en la homeostasis de cationes y sus mecanismos de regulación, puede tener aplicaciones biotecnológicas para el desarrollo de plantas tolerantes a estreses abióticos como la salinidad o el pH ácido. El objetivo general del presente trabajo es determinar y estudiar los mecanismos implicados en la homeostasis de pH en Arabidopsis thaliana. La metodología empleada ha consistido, por un lado, en la realización de micromatrices para estudiar la respuesta transcripcional al estrés por ácido acético. Por otro lado, se ha llevado a cabo un rastreo genético para encontrar genes determinantes de la tolerancia a este estrés. Los resultados del análisis transcripcional han servido para identificar posibles genes cuya expresión es relevante para la homeostasis de pH. De hecho, estos resultados han servido de base para otra tesis doctoral realizada en el departamento. Los resultados del rastreo genético han permitido aislar y caracterizar un mutante dominante negativo (wat1-1D: "weak acid tolerant") que expresa una versión truncada de la adaptina ß3 de A. thaliana y que posee una alteración en la homeostasis de pH y de otros cationes monovalentes, como el sodio o el potasio. / Niñoles Rodenes, R. (2011). Biología molecular de la regulación de la homeostasis de pH en Arabidopsis thaliana [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11301 / Palancia

La sequía y la salinidad representan estreses ambientales que afectan de forma crítica el crecimiento de las plantas y limitan enormemente su potencial agrícola. La fitohormona ácido abcísico (ABA) juega un papel fundamental en la coordinación de la respuesta y adaptación de las plantas a este tipo de estreses, así como en la regulación del crecimiento y desarrollo vegetal. Elementos intermediarios de la ruta de señalización ya habían sido caracterizados, pero aún se desconocía el mecanismo de percepción y transducción de señal de la hormona. Este trabajo de tesis ha contribuido a la caracterización de una nueva familia de receptores intracelulares de la hormona ABA, formada por 14 miembros y denominada PYR/PYL (de pyrabactin resistance / PYR1-like) /RCAR (de Regulatory Component of Abscisic acid Receptor), y a su caracterización estructural y bioquímica. Estas proteínas son capaces de unir de forma específica la hormona ABA. La unión de la hormona induce en estos receptores un cambio conformacional, que les permite regular la actividad de los reguladores negativos de la ruta: fosfatasas del grupo A como ABI1, ABI2 o HAB1 ( Leung et al., 1994; Meyer et al.,1994; Saez et al., 2004). Para la caracterización de estos receptores se han llevado a cabo abordajes genéticos, bioquímicos, de calorimetría y estudios estructurales. / Santiago Cuéllar, J. (2011). Structural insights into ABA perception and signalling: structure of ABA receptor PYR1 [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/13260 / Palancia

La regulación del transporte iónico es importante en mamíferos ya que disfunciones en él producen enfermedades cardiovasculares, neurodegenerativas, etc. En este contexto, se ha descrito que mutaciones en el gen que codifica para la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) están asociadas con enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas; como el síndrome de Wolf Parkinson White que provoca arritmias, y la epilepsia mioclónica progresiva de tipo Lafora. La disfunción de transportadores de iones esta implicada en la fisiopatología de estas enfermedades. En la presente Tesis, se profundiza en el modelo constituido por AMPK que regula un canal de sodio (ENaC) a través de la fosforilación de la E3 ubicuitina ligasa Nedd4-2, un regulador directo del canal. Para ello se ha caracterizado la interacción entre AMPK y Nedd4-2 y se ha estudiado como ésta puede afectar a la interacción entre Nedd4-2 y ENaC. El modelo conocido indica que AMPK activada fosforila a Nedd4-2, lo que favorece su interacción con ENaC y por tanto su ubicuitinación, disminuyendo su presencia en la membrana. Durante este trabajo se ha podido comprobar que la interacción física entre AMPK y Nedd4-2 es transitoria o indirecta. Sin embargo, se ha descrito que ambas se regulan de manera recíproca, ya que Nedd4-2 ubicuitina a AMPK y AMPK fosforila a Nedd4-2 en al menos tres residuos. Se ha comprobado que uno de estos sitios de fosforilación tiene un papel relevante en la interacción in vitro de Nedd4-2 con ENaC cuando AMPK está presente y activa. Aunque serán necesarios más abordajes experimentales para definir la relevancia fisiológica de estas modificaciones post-traduccionales, este estudio añade un componente novedoso y profundiza a nivel molecular en la regulación de la E3 ubicuitina ligasa Nedd4-2 por la proteína quinasa AMPK. / Hueso Lorente, G. (2012). Mecanismos de regulación de transportadores de membrana. Interacción entre AMPK y Nedd4.2 [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14577 / Palancia

Our previous work in yeast has demonstrated that overexpression of FPR1, and others FKBP immunophilins, conferred tolerance to weak organic acids such as acetic and sorbic acid. FK506 binding proteins (FKBP) where originally identified as the cellular targets of the immunosuppressant drugs rapamycin an FK506. FKBPs are peptidyl-prolyl cis-trans isomerases (PPase EC 5.1.2.8) that catalize the isomerization of peptidyl prolyl bonds between cis and trans configuration. FKBP are ubiquitous proteins that can be found either as a single catalytic proteins or being part of more complex proteins. To assess the implication of FKBP proteins in weak acid tolerance in plants we have generated lines of Arabidopsis thaliana overexpressing two different proteins: yeast FPR1 an Arabidopsis FKBP65 (ROF2). We isolated knock-out mutant rof2 and rof1 from T-DNA mutant seeds collection of Salk institute. Finally we crossed the single mutants to get the double mutant rof1 x rof2. In presence of acetic acid transgenic lines overexpressing any of these genes grew better than wild type plant. On the other hand an AtFKBP65 loss-of-function mutant line showed weak acid sensitivity. We Observed a similar behavior in presence of toxic cations (Norspermidine, Hygromycim B) suggesting a role in K+ transport and we have got the confirmation with the growth al low levels of K+. We excluded the direct participation of plasma membrane ATPase because its activity in rof2 knock out mutant is higher. Furthermore ROF2 overexpression lines show a lower activity than wild-type. With 35S:: ROF2-GFP construction it was possible to see a cytosolic and nuclear cellular distribution that in presence of weak acid condition change: the ROF"-GFP leave the nuclear region. In absence of stress we have observed a gain of apical dominance in 35S::AtFKBP65 mutants and its loss in FKBP65 knock-out line. The roots of AtFKBP65 knock-out mutants have reduced number of lateral roots and exogenous application of IAA was abl / Bissoli, G. (2013). Prolyl isomerases are important determinants of intracellular pH homeostasis in Arabidopsis thaliana [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27596 / Palancia

Las poliaminas son pequeñas moléculas de naturaleza policatiónica que se encuentran de manera natural todos los organismos estudiados. Estas sustancias son esenciales para el crecimiento de los organismos, no obstante, a día de hoy se desconoce cual es exactamente su función. Por otro lado, altas concentraciones de estas sustancias son tóxicas y, de igual modo, los mecanismos que median su toxicidad también son desconocidos. La Norespermidina (NE), una poliamina infrecuente que no se encuentra de manera natural en la mayoría de organismos, ha sido usada en este laboratorio por su naturaleza policatiónica como agente de selección de mutantes que presenten tolerancia a cationes tóxicos (Alejandro et al., 2007). Debido a ello, se han querido esclarecer las bases moleculares que median su toxicidad. El tratamiento con NE reduce los niveles de proteínas poliubiquitiladas, sugiriendo que esta sustancia puede interferir con las reacciones de poliubiquitilación. Efectivamente, ensayos in vitro han demostrado que el tratamiento con NE inhibe la reacción de poliubiquitilación, posiblemente a nivel de las enzimas E3 ubiquitin-ligasas. Esto a su vez provoca una inhibición del sistema de degradación de proteínas ubiquitín-26S-proteasoma, que altera los niveles de aminoácidos disponibles para la síntesis de proteínas (Suraweera et al., 2012). Esta disminución de los niveles de aminoácidos disponibles inhibe la síntesis de proteínas en general y provoca una consecuente inhibición del crecimiento que puede desencadenar muerte celular. / Sayas Montañana, EM. (2014). Mecanismos de toxicidad de poliaminas: inhibición del recambio de proteínas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/38108 / TESIS

Martínez Macías, F. (2015). Nuevos genes reguladores de la tolerancia a estrés abiótico en Arabidopsis [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48560 / TESIS

Throughout evolution, plants have developed a sophisticated network of signaling pathways allowing the activation and regulation of immune responses. The identification of metabolic pathways which are involved in modulating the intensity of that immune responses is an important challenge in the field of plant-pathogen interaction. With this aim, we performed two genetic approaches in Arabidopsis thaliana against the disease caused by the hemibiotroph bacterial pathogen Pseudomonas syringae DC3000. We demonstrate that the regulation of two pathways, related between them, is crucial to activate an effective immune response. By means of a genetic screening of regulators components of plant immunity, we identified the mutant scs9 (suppressor of csb3) which shows an affected resistance that triggers a enhanced susceptibility to P.s. DC3000 through an independent pathway of salicylic acid (SA)-mediated immune response. The cloning and characterization of SCS9 reveals that it codes for 2'-O-ribose tRNA methyltransferase. Our results indicate that the SCS9-mediated methylation of nucleosides N32 and N34, located in the tRNAs anticodon loop, is crucial for the plant immunity effectiveness. On the other hand, with a chemical genetic screening of agonist molecules of the immune response, we identified the sulfonamides as priming inducer molecules that exhibit a faster and/or stronger activation of SA-related defense responses and enhanced resistance to P.s. DC3000. Analysis of the mechanism of action of these molecules reveals that synthesis and accumulation of folates exert a SA-independent negative control on the immune response to P.s. DC3000. Through comparative proteomic analysis we identified the 5-methyltetrahydropteroyltriglutamate homocysteine methyltransferase 1 (methione synthase, here named as METS1), enzyme responsible of the methionine synthesis in the folate-dependent 1C metabolism and overaccumulated in scs9 mutants, as modulator component in the immune response to P.s. DC3000. We observed that the overexpression of METS1 in transgenic plants of Arabidopsis suppresses plant immune responses and promotes enhanced susceptibility to P.s. DC3000. This repressor effect is due to a genome-wide increase in DNA methylation level, which is mediated by the overaccumulation of METS1 and the consequent increase of folate-dependent methionine synthesis. Therefore, the findings of this work provide a deeper knowledge about the mechanisms by which the DNA methylation and epigenetic regulation exert an influence on plant immunity through folate metabolism, particularly by METS1, whose synthesis is regulated through specific tRNA modifications mediated by SCS9. / Las plantas, a lo largo de la evolución, han desarrollado un sofisticado entramado de rutas de señalización que permiten la activación y el control de la respuesta inmune. Identificar qué procesos metabólicos participan en modular la amplitud de dicha respuesta inmune es un reto en el campo de la interacción planta-patógeno. Con este propósito, se han utilizado dos aproximaciones genéticas llevadas a cabo en Arabidopsis thaliana contra la infección por la bacteria hemibiotrofa Pseudomonas syringae DC3000. Los resultados ponen de manifiesto la importancia de la regulación de dos mecanismos, a su vez relacionados, para la activación de una respuesta inmune efectiva. Mediante un rastreo genético en busca de componentes reguladores de la inmunidad, identificamos el mutante que denominamos scs9 (supresor de csb3). scs9 muestra una resistencia afectada que conlleva un incremento en la susceptibilidad a P.s. DC3000 a través de un mecanismo independiente a la respuesta inmune mediada por ácido salicílico (SA). La clonación y caracterización de SCS9 revela que codifica una 2'-O-ribosa metiltransferasa de tRNA. Nuestros resultados indican que la modificación por metilación mediada por SCS9 de los nucleósidos N32 y N34 de la región anticodón de los tRNAs, es clave para la inmunidad de la planta. Por otro lado, mediante un rastreo de genética química en busca de moléculas agonistas de la respuesta inmune, identificamos un grupo de sulfonamidas como moléculas activadoras de un mecanismo de priming. Este conlleva una más rápida y/o más intensa activación de la respuesta defensiva dependiente de SA y de un incremento de la resistencia frente a P.s. DC3000. El análisis del mecanismo de acción de dichas moléculas revela que la síntesis y acumulación de folatos ejerce un control negativo sobre la respuesta inmune frente a P.s. DC3000; y ese control es ejercido de manera independiente a la ruta de señalización mediada por SA. A través de un análisis proteómico comparativo identificamos la proteína 5-metiltetrahidropteroiltriglutamato homocisteína metiltransferasa 1 (metionina sintasa, denominada aquí METS1), responsable de la síntesis de metionina en el metabolismo C1 dependiente de folatos y sobreacumulada en los mutantes scs9. Esta proteína participa entonces como componente modulador de la respuesta inmune a P.s. DC3000. La sobreexpresión de METS1 en plantas transgénicas observamos que suprime la respuesta inmune y conlleva a un incremento en la susceptibilidad frente a P.s. DC3000. Dicho efecto represor de la resistencia acontece a raíz de un incremento del nivel de metilación de DNA en todo el genoma mediado por la sobreacumulación de METS1 y del consiguiente posible aumento en la síntesis de metionina dependiente de folatos. Por tanto, estos resultados ahondan en el conocimiento de cómo la metilación de DNA y el control epigenético ejercen una influencia sobre la respuesta inmune. Esta influencia puede ser controlada a través del metabolismo de folatos, y en particular a través de METS1, enzima cuya síntesis está a su vez controlada por determinadas modificaciones de tRNA mediadas por SCS9. / Les plantes, al llarg de l'evolució, han desenvolupat un sofisticat entramat de rutes de senyalització que permeten l'activació i el control de la resposta immune. Identificar quins procesos metabòlics participen en la modulació de l'amplitud d'aquesta resposta immune és un repte en el camp de la interacció planta-patogen. Amb aquest propòsit, s'han utilitzat dues aproximacions genètiques en Arabidopsis thaliana en resposta a la infecció pel bacteri hemibiotrofo Pseudomonas syringae DC3000. Els resultats posen de manifest la importància de la regulació de dos mecanismes, al seu torn relacionats, per a l'activació d'una resposta immune efectiva. Mitjançant un rastreig genètic per a la recerca de components reguladors de la immunitat, es va identificar el mutant que denominem scs9 (supresor de csb3). scs9 mostra una resistència afectada que comporta un increment en la susceptibilitat a P.s. DC3000 fent ús d'un mecanisme independent a la resposta immune mediada per l'àcid salicílic (SA). La clonació i caracterització de SCS9 revela que codifica una 2'-O-ribosa metiltransferasa de tRNA. Els nostres resultats indiquen que la modificació per metilació mediada per SCS9 dels nucleòsids N32 i N34 de la regió anticodó dels tRNAs, és clau per a la immunitat de la planta. D'altra banda, per mitjà d'un rastreig de genètica química per a la recerca de molècules agonistes de la resposta immune, es va identificar un grup de sulfonamidas com a molècules activadores d'un mecanisme de priming. Aquest, comporta una més rápida i/o més intensa activació de la resposta defensiva dependent de SA i d'un increment de la resistència enfront de P.s. DC3000. L'anàlisi del mecanisme d'acció d'aquestes molècules revela que la síntesis i acumulació de folats exerceix un control negatiu sobre la resposta immune davant el bacteri P.s. DC3000; i eixe control és exercit de manera independent a la ruta de senyalització mediada per SA. Amb un anàlisi proteòmic comparatiu es va identificar la proteïna 5-metiltetrahidropteroiltriglutamato homocisteína metiltransferasa 1 (metionina sintasa, denominada ací METS1), responsable de la síntesi de metionina al metabolisme C1 dependent de folats i sobreacumulada en els mutants scs9. Aquesta, així doncs, es troba participant com a component modulador de la resposta immune a P.s. DC3000. La sobreexpressió de METS1 en plantes transgèniques suprimeix la resposta immune i comporta a un increment en la susceptibilitat per P.s. DC3000. L'efecte repressor de la resistència succeïx arran d'un increment del nivell de metilació de DNA en tot el genoma, mediat per la sobreacumulació de METS1 i del consegüent posible augment en la síntesi de metionina dependent de folats. Per tant, aquests resultats aprofundixen en el coneixement de com la metilació de DNA i el control epigenètic exerceixen una influència sobre la resposta immune. Aquesta influència pot ser controlada mitjançant el metabolisme de folats, i en particular a través de l'enzim METS1, la síntesi de la qual està al seu torn controlada per determinades modificacions de tRNA mediades per SCS9. / González García, B. (2017). Implicación de las modificaciones de tRNA y del metabolismo de los folatos en la respuesta inmune de Arabidopsis [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86162 / TESIS

[ES] En un contexto de calentamiento global, el estrés abiótico se ha convertido en una de las mayores amenazas para la productividad agrícola. El estrés por frío es uno de estos factores limitantes. Por lo tanto, estudiar a nivel molecular la respuesta de la planta a este tipo de estrés e identificar los genes o los microRNAs cuya función es determinante en la resistencia a este tipo de estrés puede aportar información fundamental para desarrollar plantas tolerantes a frío y así poder aumentar la producción de alimentos en condiciones ambientales adversas. En esta tesis pretendemos dar un enfoque transversal para poder identificar genes implicados en la respuesta a estrés. Por un lado utilizamos un enfoque de biología molecular clásica, y por otro una visión basada en la biología de sistemas y en la secuenciación a gran escala. Mediante esta estrategia hemos sido capaces de identificar y caracterizar el gen BvCOLD1 de Beta vulgaris que codifica una aquaporina localizada en el retículo endoplásmico y que al ser sobrexpresado en plantas de Arabidopsis thaliana confiere tolerancia a frío y a condiciones limitantes de Boro (B). Por lo que demostramos que es un gen fundamental para el transporte de este oligoelemento esencial. En paralelo desarrollamos un abordaje de biología de sistemas a partir de plantas de melón (Cucumis melo) sometidas a estrés por frío. Lo que nos permitió identificar 20 familias de miRNA implicadas en la respuesta en condiciones de frío. En el tercer capítulo profundizamos en la regulación de uno de estos miRNA (miR319) y descubrimos que el frío induce el procesamiento de una forma alternativa de esta molécula. / [CAT] En un context d'escalfament global, l'estrès abiòtic s'ha convertit en una de les majors amenaces per a la productivitat agrícola global. L'estrès per fred és un d'aquests factors limitants. Per tant, Estudiar a nivell molecular la resposta de la planta a fred i identificar els gens o els microRNA la funció dels quals és determinant en aquestes condicions pot aportar informació fonamental per desenvolupar plantes tolerants a aquest estrès i així poder augmentar la producció d'aliments en condicions adverses. En aquesta tesi hem utilitzat un enfocament transversal per poder identificar gens implicats en la resposta a estrès. D'una banda hem fet servir mètodes de biologia molecular clàssica, que ens ha permès identificar i caracteritzar el gen BvCOLD1 de Beta vulgaris que codifica una aquaporina localitzada en el reticle endoplasmàtic i que en ser sobrexpresada en plantes d'Arabidopsis thaliana conferia tolerància a fred i a condicions limitants de bor. Pel que hem demostrat que és un gen fonamental per al transport d'aquest oligoelement essencial. En paral·lel hem desenvolupat un abordatge de biologia de sistemes a partir de plantes de meló (Cucumis melo) sotmeses a estrès per fred. El que ens va permetre identificar 20 famílies de miRNA implicades en la resposta en condicions de fred. Hem aprofundit en la regulació d'un d'aquests miRNA (el mi319) i hem descobert que el fred indueix la formació d'una forma alternativa d'aquesta molècula. / [EN] In a context of global warming, abiotic stress has become one of the greatest threats to global agricultural productivity. Cold stress is one of these limiting factors. Therefore, Studying the plant response at the molecular level and identifying the genes or microRNAs whose function is determinant in these conditions can provide fundamental information to develop plants tolerant to this stress and thus be able to increase the production of food under adverse conditions. In this Ph.D. Thesis we have used a transversal approach to identify genes involved in stress response. We have used two different approaches. First we used classical molecular biology methods, which has allowed us to identify and characterize the BvCOLD1 gene of Beta vulgaris that encodes an aquaporin located in the endoplasmic reticulum and which upon overexpression in Arabidopsis thaliana conferred tolerance to cold and limiting conditions of Boron. So we showed that it is a fundamental gene for the transport of this essential trace element. In parallel, we undertook a systems biology approach based on melon plants (Cucumis melo) subjected to cold stress. This allowed us to identify 20 families of miRNA involved in the response to cold conditions. We have further studied the regulation of one of these miRNAs (miR319) and discovered that cold induces the alternative processing of its precursor. / Bustamante González, AJ. (2019). Caracterización de mecanismos implicados en la regulación de la respuesta a estrés por frío en plantas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118800 / TESIS

[EN] Cells respond to environmental stimuli by fine tuned regulation of gene expression. In this thesis we investigate the dose dependent modulation of the genetic response upon nutrient and stress signals in yeast. A destabilized version of firefly luciferase was used in living yeast cells as a real-time reporter for gene expression. This highly sensitive and non-invasive system can be simultaneously used upon many different experimental conditions in small culture aliquots. This allows the dose-response behaviour of gene expression driven by any yeast promoter to be reported and can be used to quantify important parameters, such as the threshold, sensitivity, response time, maximal activity and synthesis rate for a given stimulus. We applied the luciferase assay to the nutrient-regulated GAL1 promoter and the stress-responsive GRE2 promoter. We find that luciferase expression driven by the GAL1 promoter responds dynamically to growing galactose concentrations, with increasing synthesis rates determined by the light increment in the initial linear phase of activation. The GAL1 gene is activated with continuously increasing synthesis rates in a well defined range of galactose concentrations, correlating with a dynamic increase of histone remodeling and subsequent association of the RNAPII complex. Dose dependent chromatin remodeling appears to be the basis for the dynamic GAL1 expression since mutants with impaired histone dynamics show severely truncated dose response profiles. In the case of the GRE2 promoter, we demonstrate that the very short-lived version of luciferase used here is an excellent tool to quantitatively describe transient transcriptional activation. The luciferase expression controlled by the GRE2 promoter responds dynamically to a gradual increase of osmotic or oxidative stress stimuli, which is mainly based on the progressive increase of the time the promoter remains active. In contrast, the GRE2 promoter operates like an off/on switch in response to increasing osmotic stress with almost constant synthesis rates and exclusively temporal regulation of histone remodeling and RNAPII occupancy. The Gal3 inducer and the Hog1 MAP kinase seem to determine the different dose response strategies at the two promoters. Our analysis reveals important differences in the way dynamic signals create dose sensitive gene expression outputs. Taken together, the luciferase assay described here is an attractive tool to rapidly and precisely determine and compare kinetic parameters of gene expression. Additionally, the function of the specific transcriptor factor Smp1 involved in the yeast osmostress response was investigated. Location analyses upon osmotic stress reveal that Smp1 associates preferentially with the whole transcribed regions (ORFs) upon stress as opposed to other transcriptional activators involved in the osmostress response. However, Smp1 seems to be important for stress-activated gene expression only in the presence of the natural induced gene and not of artificial promoter fusions. This highlights the possible role of Smp1 in regulating gene expression from ORF sequences rather than promoter regions. / [ES] Las células responden a los estímulos ambientales a través de una regulación precisa de la expresión génica. En este trabajo se investigó la modulación dosis dependiente de la expresión de genes activados en respuesta a estrés y por nutrientes. Se utilizó una versión desestabilizada de luciferasa de luciérnaga en células vivas de levadura como reportero para la detección de la expresión génica en tiempo real. Este sistema altamente sensible y no invasivo puede ser utilizado simultáneamente en diferentes condiciones experimentales a través de pequeñas alícuotas de cultivo. Esto permite la caracterización dosis-respuesta de la regulación de los promotores de levadura y puede ser utilizado para cuantificar parámetros importantes como el umbral, la sensibilidad, el tiempo de respuesta, la actividad máxima y el ratio de síntesis provocado por un determinado estímulo. Se aplicó el ensayo luciferasa al promotor GAL1 regulado por nutrientes y al promotor GRE2 activado en respuesta a estrés. Se observó que la expresión de la luciferasa activada por el promotor GAL1 responde de forma dinámica a las crecientes concentraciones de galactosa, con un incremento del ratio de síntesis determinado por el aumento de luz en la fase lineal inicial de la activación, en función de una gama de concentraciones de galactosa bien definidas. Este mecanismo de regulación depende de un aumento en la remodelación de las histonas y la consecuente asociación del complejo ARN pol II. La remodelación de la cromatina dosis dependiente parece ser la base de la expresión dinámica de GAL1, pues los mutantes relacionados con la dinámica de las histonas muestran perfiles dosis respuesta severamente afectados. En el caso del promotor GRE2, se demostró que una versión de una luciferasa desestabilizada es una herramienta excelente para describir de forma cuantitativa la activación transcipcional transitoria. La expresión de la luciferasa controlada por el promotor GRE2 responde de forma dinámica al aumento gradual de estímulo de estrés osmótico u oxidativo. La activación se observa principalmente en el incremento progresivo del tiempo en que el promotor permanece activo. Diferentemente de GAL1, el promotor GRE2 opera a través de un cambio apagado/encendido en respuesta a un aumento de estrés osmótico a través de ratios de síntesis prácticamente constantes y cuya regulación solamente depende de la remodelación de la cromatina y de la permanencia de la ARN pol II. Finalmente, se puede especular que el inductor Gal3 y la MAPK Hog1 son las moléculas determinantes para las diferentes estrategias de respuesta dinámica para los dos promotores. En este trabajo se identifican importantes diferencias en la señalización dinámica determinada por la dosis de estímulo en la expresión génica. En conjunto, el ensayo de luciferasa presentado en este trabajo puede ser una herramienta interesante para determinar y comparar de forma rápida y precisa los parámetros de la expresión génica. Adicionalmente se investigó la función del factor de transcripción Smp1 involucrado en la respuesta a osmoestrés en levadura. Un análisis de la asociación a la cromatina in vivo bajo estrés osmótico demostró que Smp1 se une preferentemente a regiones transcritas (ORFs) lo que refleja un comportamiento diferente comparando con otros activadores transcripcionales de la respuesta a estrés osmótico. Sin embargo, Smp1 parece ser importante para la expresión génica activada por estrés osmótico sólo en la presencia del gen natural inducido y no de fusiones artificiales del promotor. Esto evidencia el posible papel de Smp1 en la regulación de la expresión génica desde secuencias ORF y no en las regiones promotoras. / [CA] Les cèl·lules responen als estímuls ambientals a través d'una regulació precisa de l'expressió gènica. A aquest treball es va investigar la modulació dosi dependent de l'expressió de gens activats en resposta a estrès i per nutrients. Es va utilitzar una versió desestabilitzada de luciferasa de cuca de llum en cèl·lules vives de llevat com a reporter per a la detecció de l'expressió gènica a temps real. Aquest sistema altament sensible i no invasiu pot ser utilitzat simultàniament en diferents condicions experimentals a través de xicotetes alíquotes de cultiu. Això permet la caracterització dosi-resposta de la regulació dels promotors de llevat i pot ser utilitzat per a quantificar paràmetres importants com el llindar, la sensibilitat, el temps de resposta, l'activitat màxima i el rati de síntesi provocat per un determinat estímul. L'assaig luciferasa es va aplicar al promotor GAL1 regulat per nutrients i al promotor GRE2 activat en resposta a estrès. Es va observar que l'expressió de la luciferasa activada pel promotor GAL1 respon de forma dinàmica a les creixents concentracions de galactosa, amb un increment del rati de síntesi determinat per l'augment de llum en la fase lineal inicial de l'activació, en funció d'una gama de concentracions de galactosa ben definides. Aquest mecanisme de regulació depèn d'un augment en la remodelació de les histones i la conseqüent associació del complex ARN pol II. La remodelació de la cromatina dosi dependent sembla ser la base de l'expressió dinàmica de GAL1, ja què els mutants relacionats amb la dinàmica de les histones mostren perfils dosi-resposta severament afectats. En el cas del promotor GRE2, es va demostrar que una versió d'una luciferasa desestabilitzada és una eina excel·lent per a descriure de forma quantitativa l'activació transcripcional transitòria. L'expressió de la luciferasa controlada pel promotor GRE2 respon de forma dinàmica a l'augment gradual d'estímul d'estrès osmòtic o oxidatiu. L'activació s'observa principalment a l'increment progressiu del temps al qual el promotor roman actiu. De forma diferent de GAL1, el promotor GRE2 opera a través d'un canvi apagat/encès en resposta a un augment d'estrès osmòtic a través de ratis de síntesi pràcticament constants i als quals la seua regulació només depèn de la remodelació de la cromatina i de la permanència de l'ARN pol II. Finalment, es pot especular que l'inductor Gal3 i la MAPK Hog1 són les molècules determinants per a les diferents estratègies de resposta dinàmica per als dos promotors. A aquest treball s'identifiquen importants diferències a la senyalització dinàmica determinada per la dosi d'estímul a l'expressió gènica. En conjunt, l'assaig luciferasa presentat a aquest treball pot ser una eina interesant per a determinar i comparar de forma ràpida i precisa els paràmetres de l'expressió gènica. Addicionalment, es va investigar la funció del factor de transcripció Smp1 involucrat en la resposta a osmoestrès en llevat. Una anàlisi de l'associació a la cromatina in vivo sota l'estrès osmòtic va demostrar que Smp1 s'uneix preferentment a regions transcrites (ORFs), el qual reflecteix un comportament diferent comparant amb altres activadors transcripcionals de la resposta a estrès osmòtic. Tot i així, Smp1 sembla ser important per a l'expressió gènica activada per estrès osmòtic només en la presència del gen natural induït i no de fusions artificials del promotor. Això evidencia el possible paper de Smp1 en la regulació de l'expressió gènica des de seqüències ORF i no a les regions promotores. / Rienzo, A. (2016). Estudio de la regulación dinámica de la expresión génica en respuesta a estrés osmótico en levadura [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62160 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La proteína quinasa GCN2 es una proteína conservada en todos los eucariotas implicada en el control de la traducción en condiciones de estrés. Está considerada un punto clave en el control de la homeostasis celular y un sensor de distintas condiciones de estrés. El estrés que inició su caracterización en levaduras y células animales es el ayuno de aminoácidos, pero recientemente se ha observado activación de este sistema ante multitud de estreses tanto bióticos como abióticos. El sistema GCN se ha descrito ampliamente en Saccharomyces cerevisiae: GCN2 se une a las proteínas GCN1 y GCN20, permitiendo la activación de la quinasa en situaciones de ayuno de aminoácidos. GCN2 se activa por tRNA no cargados, y posteriormente fosforila al factor de traducción eIF2¿, lo que conlleva una reducción de la síntesis global de proteínas, pero también una mayor traducción de mRNA específicos, como los que codifican a GCN4. Este factor de transcripción regulará la expresión de nuevos genes, lo que permite que la célula pueda iniciar una respuesta de adaptación al estrés. En plantas se desconoce con detalle como el sistema GCN contribuye a mitigar el estrés y controlar la homeostasis. Las tres proteínas conocidas de este sistema tienen homólogos en Arabidopsis. Diversos estudios indican que el mecanismo de actuación de GCN2 en plantas presenta muchas incógnitas. Mientras que la quinasa GCN2 de plantas se activa bajo diferentes situaciones de estrés, la participación de los homólogos de GCN1 y GCN20 en estos procesos es controvertida, y recientemente se ha propuesto un nuevo papel para GCN1 en la traducción, independiente de GCN2. El homólogo de GCN1 en plantas está implicado en la inmunidad innata y adquirida y sus líneas mutantes presentan fenotipos muy diferentes a los de las líneas mutantes en GCN2. La relación funcional entre estos dos genes sigue siendo difícil de definir en plantas. En esta tesis, demostramos que, aunque los genes GCN1 y GCN2 de Arabidopsis son necesarios para mediar la fosforilación de eIF2¿ tras tratamientos con glifosato, inhibidor de la biosíntesis de aminoácidos aromáticos, los mutantes de pérdida de función de ambas líneas desarrollan distintos fenotipos de raíz y cloroplasto. Los experimentos de microscopía electrónica revelan que los mutantes en GCN1, pero no en GCN2, se ven afectados en la biogénesis de cloroplastos, lo que explica el fenotipo macroscópico observado previamente para estos mutantes. Los mutantes en GCN1 presentan una compleja reprogramación transcripcional que afecta, entre otros, a las respuestas relacionadas con los mecanismos de defensa, fotosíntesis y al correcto plegamiento de las proteínas. Por otro lado, mostramos que ninguno de los cinco genes homólogos a GCN20 en Arabidopsis en necesario para la fosforilación de eIF2¿. Además, los fenotipos bajo estrés abiótico de plantas mutantes en los mismos, y el desarrollo de sus cloroplastos, sugiere que GCN20 está funcionalmente relacionado con GCN1, pero no con GCN2, algo que se confirma ya que los mutantes gcn1 y gcn20 comparten una reprogramación transcripcional similar, afectando a la fotosíntesis y a las respuestas frente al estrés. Identificamos la proteína quinasa GCN2 como un componente celular que fomenta la acción del glifosato en Arabidopsis. Los estudios comparativos que utilizan plántulas mutantes de pérdida de función de GCN2 muestran que el programa molecular que la planta despliega después del tratamiento con el herbicida no está teniendo lugar. Además, las plantas adultas gcn2 muestran una menor inhibición de la fotosíntesis, y acumulan menos ácido siquímico que las de tipo silvestre después del tratamiento con glifosato. Algo similar ocurre tras el tratamiento con luz ultravioleta UV-B, donde mutantes de pérdida de función son más resistentes. La activación de GCN2 ante este estrés es independiente del fotorreceptor UV-B (UVR8) y de sus componentes de señalización aguas abajo y de la vía de señalización de estrés de las MAP quinasas. / [EN] The GCN2 protein kinase is a conserved protein in all eukaryotes involved in translation control under stress conditions. It is considered a key point in the control of cellular homeostasis and a sensor for a wide variety of stress conditions. Aminoacid fasting was the stress that started its characterization in yeast and animal, but recently activation of this system has been observed in both biotic and abiotic stresses. The GCN system has been extensively described in Saccharomyces cerevisiae: GCN2 binds to GCN1 and GCN20 proteins, allowing kinase activation in aminoacid fasting situations. GCN2 is activated by uncharged tRNAs, and subsequently phosphorylates the translation factor eIF2¿, leading to a reduction in overall protein synthesis, but also a greater translation of specific mRNAs, such as those encoding GCN4. This transcription factor will regulate the expression of new genes, allowing the cell to initiate an adaptive response to stress. In plants, it is not deeply known how the GCN system helps to alleviate stress and control homeostasis. All three known proteins in this system have homologs in Arabidopsis. Some studies indicate that the mechanism of action of GCN2 in plants presents many gaps. While plant GCN2 kinase is activated under different stress situations, the involvement of GCN1 and GCN20 homologs in these processes is controversial, and recently it has been proposed a new role for GCN1 in translation, independent from GCN2. The GCN1 homolog in plants is involved in innate and acquired immunity and its mutant lines present very different phenotypes from those of the GCN2 mutant lines. The functional relationship between these two genes is difficult to define in plants. In this thesis, we prove that, although the Arabidopsis GCN1 and GCN2 genes are necessary to mediate in the phosphorylation of eIF2¿ after treatments with glyphosate, an inhibitor of aromatic aminoacid biosynthesis, the loss of function mutants of both lines develop different phenotypes of root and chloroplast. Electron microscopy experiments reveal that the mutants in GCN1, but not in GCN2, are affected in chloroplast biogenesis, which explains the macroscopic phenotype previously observed for these mutants. The mutants in GCN1 present a complex transcriptional reprogramming that affects, among others, the responses related to defense mechanisms, photosynthesis and the correct folding of proteins. On the other hand, we show that none of the five GCN20 homologous genes in Arabidopsis is necessary for the phosphorylation of eIF2¿. Furthermore, the phenotypes under abiotic stress of mutant plants in them, and the development of their chloroplasts, suggest that GCN20 is functionally related to GCN1, but not to GCN2, which is confirmed because the gcn1 and gcn20 mutants share a similar transcriptional reprogramming and affects photosynthesis and stress responses. We identify the GCN2 protein kinase as a cellular component that promotes the action of glyphosate in Arabidopsis. Comparative studies using GCN2 loss-of-function mutant seedlings show that the molecular program that the plant develops after the treatment with the herbicide is not taking place. Furthermore, adult gcn2 plants show less inhibition of photosynthesis, and accumulate less shikimic acid than wild-type ones after glyphosate treatment. Something similar happens after treatment with UV-B ultraviolet light, where loss-of-function mutants are more resistant. Activation of GCN2 in the face of this stress is independent of the UV-B photoreceptor and its downstream signaling components and the stress signaling pathway of MAP kinases. / [CA] La proteína quinasa GCN2 és una proteïna conservada en tots els organismes eucariotes implicada en el control de la traducció en condicions d'estrés. Està considerada un punt clau en el control de l'homeòstasis cel.lular i es un sensor de diferents i variades condicions d'estrés. L' estrés que va iniciar la seua caracterització en llevats i cèl.lules animals és el dejuni d' aminoàcids, però recentment s'ha observat l'activació d'aquest sistema davant de multitud d'estressos tant biòtics com abiòtics. El sistema GCN ha segut descrit ampliament en Saccharomyces cerevisiae: GCN2 s'uneix a les proteïnes GCN1 y GCN20, permitint l'activació de la quinasa en situacions de dejuni d'aminoàcids. GCN2 s'activa per tRNA no carregats, i posteriorment fosforila el factor de traducció eIF2¿, donant lloc a una reducció de la síntesi global de proteïnes, però també una major traducció de mRNA específics, com els que codifiquen a GCN4. Aquest factor de transcripció regularà l'expressió de nous gens, el que permet que la cèl·lula puga iniciar una resposta d'adaptació a l'estrés. En plantes es desconeix amb detall com el sistema GCN contribueix a mitigar l'estrés i controlar l'homeòstasi. Les tres proteïnes conegudes d'aquest sistema tenen homòlegs en Arabidopsis. Diversos estudis indiquen que el mecanismo d'actuació de GCN2 en plantes presenta moltes incògnites. Mentres que la quinasa GCN2 de plantes es activada en diferents situacions d'estrés, la participació dels homòlegs de GCN1 i GCN20 en aquests processos és controvertida, i recentment s'ha proposat un nou paper per a GCN1 en la traducció, independent de GCN2. L'homòleg de GCN1 en plantes està implicat en la inmunidad innata i adquirida i les seues línies mutants presenten fenotips molt diferents als de les línies mutants en GCN2. La relació funcional entre estos dos gens continua sent difícil de definir en plantes. En esta tesi, demostrem que, encara que els gens GCN1 i GCN2 d' Arabidopsis són necessaris per a donar lloc a la fosforilació d'eIF2¿ després de ser tractada amb glifosato, inhibidor de la biosíntesi d' aminoàcids aromàtics, els mutants de pèrdua de funció d'ambes línies desenvolupen distints fenotips d'arrel i cloroplast. Els experiments de microscòpia electrònica revelen que els mutants en GCN1, però no en GCN2, es veuen afectats en la biogènesis de cloroplastos, el que explica el fenotip macroscòpic observat prèviament per a estos mutants. Els mutants en GCN1 presenten una complexa reprogramació transcripcional que afecta, entre d'altres, a les respostes relacionadaes amb els mecanismes de defensa, fotosíntesi i al correcte plegament de les proteïnes. D'altra banda, demostrem que ningun dels cinc gens homòlegs a GCN20 en Arabidopsis és necessari per a la fosforilació d' eIF2¿. Ademés, els fenotips baix estrés abiòtic de plantes mutants en ells mateix, i el desenvolupament dels seus cloroplasts, sugereixen que GCN20 està funcionalment relacionat amb GCN1, però no amb GCN2, cosa que es confirma ja que els mutants gcn1 i gcn20 compartixen una reprogramació transcripcional similar, afectant a la fotosíntesi i les respostes davant l'estrés. Identifiquem la proteïna quinasa GCN2 com un component cel.lular que fomenta l'acció del glifosato en Arabidopsis. Els estudis comparatius que utilitzen plántules mutants de pèrdua de funció de GCN2 mostren que el programa mol.lecular que la planta desplega després del tractament amb herbicida no está ocorreguent. Ademés, les plantes adultes gcn2 presenten una menor inhibició de la fotosíntesi, i acumulen menys àcid siquímic que les de tipus silvestre després de ser tractades amb glifosato. S'obté un resultat semblant després del tractament amb llum ultravioleta UV-B, on els mutants de pèrdua funció són més resistents. La activación de GCN2 ante este estrés es independiente del fotorreceptor UV-B (UVR8) y de sus componentes de señalización aguas abajo y de la vía de señalización de estrés de las MAP quinasas. / Faus Ferrer, MI. (2020). Caracterización del sistema GCN en plantas mediante la utilización de mutantes de pérdida de función [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153809 / TESIS / Compendio