Physiological and metabolic characterization of adenylates carriers in Arabidopsis thaliana

Abstract

Adenylate transporters play a vital role in animal and plant cells, connecting ATP production sites to consumption regions. So far, 16 of these transporters have been identified in plants. Although progress has been made in recent years regarding the understanding of the functions performed by these proteins, there are still gaps to be filled. In this context, this work initially presents a study of the role of these proteins in plant responses to a series of different types of stress. Here, using bioinformatics data, we demonstrate that the expression pattern of adenylate transporters is variable in different environmental conditions, suggesting that these genes have distinct and non- redundant functions in plants. In the second chapter of the thesis, we investigated the function of mitochondrial adenylate transporter ADNT1 in A. thaliana plants under flooding conditions. ADNT1 deficiency caused greater leaf loss and a lower maximum quantum yield of PSII electron transport. Stress responses occurred prematurely in ADNT1 deficient plants, due to increased levels of alanine and other stress marker metabolites, such as aspartate, trehalose, and inositol. We also observed increased expression of SnRK1, ADK, APY, PDC1, and PPDK genes, indicating that the disturbance in the adenylate pool caused by ADNT1 deficiency caused alterations in gene expression and metabolism related to stress responses. In the third chapter, The CRISPR / Cas9 system was used through the vector pKAMA-ITACHI (pKI1.1R) to obtain mutant plants to characterize the APC1 transporter in A. thaliana. We observed that APC1 mutant plants have a shorter silique length and a smaller number of seeds. Furthermore, APC1 deficiency led to the production of short roots and a reduction in seedling fresh weight in a medium without sucrose. Together, our results suggest that the APC1 transporter plays an important role in reproductive organs, and seedling development. Keywords: ATP. Stress responses. Bioinformatic. CRISPR/Cas9.Os transportadores de adenilatos desempenham um papel vital em células animais e vegetais, conectando os sítios de produção de ATP as regiões de consumo. Até o momento foram identificados 16 desses transportadores em plantas. Embora se tenha avançado nos últimos anos com relação ao entendimento das funções desempenhadas por essas proteínas, ainda existem lacunas a serem preenchidas. Neste contexto, este trabalho apresenta inicialmente um estudo do papel dessas proteínas nas respostas das plantas a uma série de diferentes tipos de estresse. Aqui, utilizando dados de bioinformática, demonstramos que o padrão de expressão dos transportadores de adenilatos é variável em diferentes condições ambientais, sugerindo que esses genes têm funções distintas e não redundantes nas plantas. No segundo capítulo da tese, investigou-se a função do transportador de adenilatos mitocondrial ADNT1 em plantas de A.thaliana sob condições de alagamento. As respostas ao estresse ocorreram prematuramente em plantas deficientes em ADNT1, devido ao aumento dos níveis de alanina e de outros metabólitos marcadores de estresse, como aspartato, trealose e inositol. Também observamos maior expressão dos genes SnRK1, ADK, APY, PDC1 e PPDK, indicando que a perturbação no pool de adenilatos causado pela deficiência de ADNT1 causou alterações na expressão gênica e no metabolismo relacionado as respostas ao estresse. No terceiro capítulo O sistema CRISPR / Cas9 foi utilizado por meio do vetor pKAMA-ITACHI (pKI1.1R) para obter plantas mutantes para caracterizar o transportador APC1 em A. thaliana. Nós observamos que as plantas mutantes APC1 apresentam um menor comprimento de síliquas e um menor número de sementes. Além disso, a deficiência de APC1 levou à produção de raízes curtas e redução do peso fresco em plântulas em meio sem sacarose. Juntos, nossos resultados sugerem que o transportador APC1 desempenha um papel importante nos órgãos reprodutivos, e desenvolvimento de plântulas. Palavras-chave: ATP. Respostas a estresse. Bioinformática. CRISPR/Cas9.