Disección del balance entre la síntesis de etileno y ácido lipoico mediado por el consumo de SAM

Abstract

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) se generan como subproductos de procesos metabólicos fundamentales, como la fotosíntesis y la respiración celular, y su acumulación se incrementa bajo condiciones de estrés abiótico y durante la senescencia foliar. El ácido lipoico (AL) es un antioxidante multifuncional que neutraliza ROS, regenera otros antioxidantes y actúa como cofactor en enzimas clave del metabolismo energético. El etileno, por su parte, es una fitohormona que regula procesos como la senescencia y la maduración de frutos. Ambas moléculas comparten la S-adenosilmetionina (SAM) como precursor biosintético, lo que sugiere una posible competencia por este metabolito y una regulación cruzada entre sus vías metabólicas. Esta tesis evaluó la interacción entre las vías de síntesis de AL y etileno mediante aplicaciones exógenas de AL (200 y 500 nM), líneas transgénicas con mayor producción de AL en frutos y el uso de inhibidores de la síntesis (aminoetoxivinil glicina, AVG) y percepción (1-metilciclopropeno, 1-MCP) de etileno en tomate (Solanum lycopersicum) MicroTom. La aplicación de AL promovió la expresión de genes antioxidantes y de la vía del etileno, incrementando la capacidad antioxidante y la producción de etileno en hojas senescentes y frutos en maduración. Las líneas transgénicas también mostraron inducción transcripcional, aunque sin aumentos significativos en la capacidad antioxidante. Por otra parte, la inhibición de la síntesis de etileno mediante AVG condujo a un aumento de proteínas lipoiladas, pero no se observó este efecto con 1- MCP, lo que refuerza la hipótesis de que la síntesis, y no la percepción de etileno, modula esta competencia. Estos hallazgos abren nuevas perspectivas para el desarrollo de estrategias biotecnológicas orientadas a optimizar procesos clave como la maduración de frutos y la senescencia foliar, mediante la manipulación coordinada del metabolismo de AL y etileno.

Reactive oxygen species (ROS) are generated as by-products of fundamental metabolic processes such as photosynthesis and cellular respiration, and their accumulation increases under abiotic stress conditions and during leaf senescence. Lipoic acid (LA) is a multifunctional antioxidant that neutralizes ROS, regenerates other antioxidants, and acts as a cofactor of key enzymes in energy metabolism. On the other hand, ethylene is a phytohormone that regulates processes such as senescence and fruit ripening. Both molecules share S-adenosylmethionine (SAM) as a biosynthetic precursor, suggesting a potential competition for this metabolite and a cross-regulation between their metabolic pathways. This thesis investigated the interaction between the biosynthetic pathways of LA and ethylene through exogenous applications of LA (200 and 500 nM), transgenic lines with increased LA production in fruits, and the use of inhibitors of ethylene biosynthesis (aminoethoxyvinylglycine, AVG) and perception (1-methylcyclo propene, 1-MCP) in MicroTom tomato (Solanum lycopersicum) plants. LA application promoted the expression of antioxidant and ethylene-related genes, enhancing antioxidant capacity and ethylene production in senescent leaves and ripening fruits. Transgenic lines also exhibited transcriptional induction, although without significant increases in antioxidant capacity. On the other hand, inhibition of ethylene biosynthesis by AVG led to an increase in lipoylated proteins, an effect not observed with 1-MCP. This supports the hypothesis that ethylene biosynthesis, rather than perception, modulates this metabolic competition. These findings open new perspectives for the development of biotechnological strategies aimed at optimizing key processes such as fruit ripening and leaf senescence through the coordinated manipulation of LA and ethylene metabolism.