Caracterización de la respuesta a serotonina mediada por cinasas MAP y la fosfatasa MKP1 en Arabidopsis thaliana

Abstract

Serotonin (5-hydroxytryptamine) is a well-known neurotransmitter in mammals that is also found in the plant kingdom. It is a tryptophan-derived compound that belongs to the indole-amine group, but with structural similarity with auxins. Serotonin can influence root growth and defense hormone through jasmonic acid (JA) and ethylene signaling, which orchestrate the production of high amounts of reactive oxygen species (ROS), which are highly reactive molecules regulating a plethora of physiological and developmental responses. One of these ROS-regulated processes is root development, which is molded according to ROS distribution within growth zones. Both growth and defense programs, as well as ROS induction, are mediated by Mitogen-Activated Protein Kinases cascades (MAPK) that in turn, depend on MAPK phosphatases as negative regulators. In this work, we aimed at elucidating the possible role of MKP1 phosphatase in mediating serotonin response in Arabidopsis thaliana, by using mkp1 mutants. We found that serotonin diminished cell division rate within the primary root, altered meristem structure, and triggered cell differentiation, all through MPK1.

La serotonina (5-hidroxitriptamina) es un conocido neurotransmisor en mamíferos que también se encuentra ampliamente distribuido en las plantas. Es un compuesto derivado del triptófano, con similitud estructural a las auxinas, que influencia el crecimiento y desarrollo de la raíz actuando a través de la regulación de la vía de las auxinas y la señalización por hormonas de defensa, como el ácido jasmónico (AJ) y el etileno, mismos que activan una mayor producción de especies reactivas de oxígeno (ERO) para regular el desarrollo de la raíz primaria. Las ERO son moléculas altamente reactivas, derivadas de las reacciones metabólicas de la célula, que en cantidades moderadas funcionan como moléculas señal y manifiestan una distribución diferencial en las zonas de crecimiento de la raíz. Los programas de crecimiento y defensa de las plantas, así como la inducción de ERO, son procesos mediados por Proteínas Cinasas Activadas por Mitógenos (o MAPK, por sus siglas en inglés), las cuales a su vez son dependientes de fosfatasas que funcionan como reguladores negativos. En este trabajo se analizó el papel de la fosfatasa MKP1 en la respuesta de la raíz de Arabidopsis thaliana ante tratamientos con serotonina, usando plantas mutantes deficientes en el gen MKP1. La serotonina provocó la disminución en la tasa de división celular en la raíz, modificó la estructura del meristemo y adelantó el proceso de diferenciación celular a través de MKP1. Además, se observó la inducción de la expresión de genes cuyos productos proteínicos están involucrados en la vía de señalización del AJ, específicamente de los represores JAZ1 y JAZ10, lo cual correlacionó con una mayor producción de peróxido de hidrógeno (H2O2) de manera dependiente de MKP1.