The role of mitochondrial carrier proteins in plants: more than just the energetic issue

Abstract

The role of mitochondrial carrier proteins in plants: more than just the energetic issue. Adviser: Adriano Nunes-Nesi. Co-advisers: Wagner L. Araújo and Paula da Fonseca Pereira. The transport of metabolites across the inner mitochondrial membrane (IMM) is crucial for cellular metabolism and energy homeostasis. This process is mediated by mitochondrial carrier proteins belonging to the Mitochondrial Carrier Family (MCF). Despite recent advances in understanding the function of these transporter proteins in plants, their full physiological role remains incompletely understood, particularly under varying growing conditions. This study aimed to elucidate the physiological role of mitochondrial transporters under both optimal and adverse conditions, while also characterizing two isoforms of the adenylate transporter ADP/ATP Carrier (AAC1 and AAC2) in vivo. Our findings reveal that decreased AAC1 expression impacts cellular respiration and ATP concentrations, leading to aberrant mitochondrial morphology and reduced root growth. Additionally, AAC1 downregulation affects both vegetative and reproductive stages, underscoring its involvement in oxidative phosphorylation, energy homeostasis, and plant growth regulation. We further investigated AAC2's role in reproduction, germination, vegetative phase, and root growth. Our results demonstrate AAC2's significance in germination, with lines exhibiting decreased expression showing reduced and delayed germination percentage. Moreover, AAC2 downregulation affects root growth, silique size, and seed viability, emphasizing its critical role in plant development and reproductive yield regulation. Overall, our study highlights the pivotal role of mitochondrial transport proteins in regulating plant metabolism and development across various environmental conditions. Understanding the functions of these transporters not only provides insights into energy homeostasis but also offers valuable insights into mitochondrial dynamics, a key aspect of cellular metabolism regulation. This comprehensive understanding holds promise for future research on plant adaptation to environmental challenges and the development of strategies to enhance agricultural sustainability and food security. Keywords: Adenylates; Arabidopsis thaliana; metabolism; mitochondria; respiration.O transporte de metabólitos através da membrana mitocondrial interna (IMM) é crucial para o metabolismo celular e a homeostase energética. Esse processo é mediado por proteínas transportadoras mitocondriais pertencentes à Família dos Transportadores Mitocondriais (MCF). Apesar dos recentes avanços na compreensão da função dessas proteínas transportadoras em plantas, seu papel fisiológico completo ainda não está totalmente compreendido, principalmente sob diferentes condições de cultivo. Diante disso, este estudo teve como objetivo elucidar o papel fisiológico dos transportadores mitocondriais tanto em condições ótimas quanto adversas, ao mesmo tempo em que caracterizava duas isoformas do transportador de adenilatos ADP/ATP (AAC1 e AAC2) in vivo. Os resultados revelam que a diminuição da expressão de AAC1 afeta a respiração celular e as concentrações de ATP, levando a uma morfologia mitocondrial anormal e crescimento reduzido das raízes. Além disso, a reduzida expressão de AAC1 afeta estágios vegetativos e reprodutivos, destacando seu envolvimento na fosforilação oxidativa, homeostase energética e regulação do crescimento das plantas. Investigou-se ainda o papel de AAC2 na reprodução, germinação, fase vegetativa e crescimento das raízes. Os resultados demonstram a importância de AAC2 na germinação, com linhagens deficientes na expressão desse transportador apresentando reduzida porcentagem de germinação e maior tempo para a mesma. Além disso, a deficiente expressão de AAC2 afeta o crescimento das raízes e das síliquas e a viabilidade das sementes, enfatizando seu papel no desenvolvimento das plantas e na regulação do rendimento reprodutivo. No geral, esse estudo destaca o papel das proteínas transportadoras mitocondriais na regulação do metabolismo e desenvolvimento das plantas em diversas condições de cultivo. A compreensão das funções desses transportadores não apenas fornece novos conhecimentos sobre a homeostase energética, mas também oferece informações sobre a dinâmica mitocondrial, um aspecto fundamental da regulação do metabolismo celular. Essa compreensão abrangente pode contribuir para pesquisasfuturas sobre a adaptação das plantas a desafios ambientais e o desenvolvimento de estratégias para aumentar a sustentabilidade agrícola e a segurança alimentar. Palavras-chave: Adenilatos; Arabidopsis thaliana; metabolismo; mitocôndria; respiração.