Estudio de la señalización de aminoácidos en la regulación del crecimiento de la raíz primaria de Arabidopsis thaliana

Abstract

Amino acids perform both structural and signaling roles for plants. Besides, these biomolecules act as osmolytes, cofactors, and phytohormone precursors. In this study, we performed detailed response analyses of the primary root growth of Arabidopsis thaliana to all 20-L amino acids and investigated the possible molecular mechanisms underlying the activity of these biomolecules. 15 amino acids were found to inhibit the primary root growth, being L-leucine (L-Leu), L-lysine (L-Lys), L-tryptophan (L-Trp), and L-glutamate (L-Glu) the most active. Applying the amino acids locally on the root system, we determined that the area that senses them is the root apex. These molecules decreased cell division and elongation, and specifically alter the auxin-responsive gene expression and the level of PIN transporters. Surprisingly, the affected mutant in the MAP kinase gene, MPK6, was resistant to the effect of L-Glu, L-Leu, L-Lys, and L-Trp. With the results obtained, we conclude that regardless of their physical-chemical properties and their influence on the auxin pathway, the four amino acids converge in MPK6 to reduce the primary root growth.

Los aminoácidos en las plantas cumplen funciones estructurales, nutricionales y de señalización. Además, actúan como cofactores, osmolitos y precursores de fitohormonas. En este trabajo, realizamos un análisis detallado de las respuestas del crecimiento de la raíz primaria de Arabidopsis thaliana a los 20 L-aminoácidos e investigamos los posibles mecanismos moleculares que subyacen en la actividad de estas biomoléculas. 15 de los aminoácidos evaluados disminuyeron el crecimiento de la raíz primaria, de los cuales, L-glutamato (L-Glu), L-Leucina (L-Leu), L-Lisina (L-Lys) y L-triptófano (L-Trp) fueron los más bioactivos. A través de la aplicación localizada de los cuatro aminoácidos sobre el sistema radicular, se determinó que el ápice de la raíz es responsable de percibirlos. Estas biomoléculas disminuyeron la de división y el crecimiento celular, y alteraron de manera específica la expresión de genes de respuesta a auxinas y el nivel de transportadores PIN. Sorprendentemente, la mutante afectada en el gen de la MAP cinasa, MPK6, fue resistente al efecto de L-Glu, L-Leu, L-Lys y L-Trp. Con los resultados obtenidos, concluimos que independientemente de sus propiedades físico-químicas y de su influencia en la vía de las auxinas, los cuatro aminoácidos convergen en MPK6 para reducir el crecimiento de la raíz primaria.