[ca] Els carotenoides són compostos isoprenoides essencials per a la fotosíntesi, la fotoprotecció, i com a precursors de reguladors del creixement com l'àcid abscísic (ABA) i les estrigolactones (SL). En algunes plantes, com el tomàquet (Solanum lycopersicum), els carotenoides també funcionen com a pigments que donen color a les flors i als fruits per atraure pol·linitzadors i als animals dispersors de llavors. Els carotenoides deriven del precursor geranil geranil difosfat (GGPP), sintetitzat als plasts per les GGPP sintases (GGPPS). Dues molècules de GGPP són després condensades per les fitoè sintases (PSY) per produir fitoè, el primer intermediari de la ruta dels carotenoides. Tot i que les GGPPS i PSY s'han estudiat àmpliament a Arabidopsis, el nostre coneixement de les famílies gèniques i la seva regulació a la majoria dels cultius, inclòs el tomàquet, és limitat. A Arabidopsis, només hi ha una isoforma de GGPPS què és essencial als plasts, on es capaç d'interaccionar amb l'única PSY present en aquesta espècie model. Tot i això, en tomàquet, hi ha tres gens que codifiquen isoformes de GGPPS (SlG1-3) i tres per a les isoformes de PSY (PSY1-3). L'objectiu principal d'aquesta tesi ha estat compendre millor la contribució específica de les isoformes GGPPS i PSY a la producció de carotenoides en diferents teixits de la planta de tomàquet. Per això, s'ha organitzat el treball en dos blocs principals: (1) identificar i caracteritzar els membres plastidials de la família GGPPS de tomàquet, i (2) confirmar i explorar els rols de les isoformes PSY. Utilitzem la tecnologia CRISPR-Cas9 per generar mutants de tomàquet defectius a les tres isoformes GGPPS i en dues de les isoformes PSY per assolir els nostres objectius. Descobrim que SlG3 funciona com a isoforma "housekeeping", proporcionant la major part del GGPP necessari per produir isoprenoides fotosintètics en fulles i carotenoides en fruit, no obstant l'expressió de SlG2 s'activa en els moments de més demanda de carotenoides per ajudar amb GGPP extra. Curiosament, l'absència de SlG2 i SlG3 produeix fenotips letals durant el desenvolupament de la llavor. A més, descobrim que el paper de SlG1 es restringeix principalment a les arrels, on produeix GGPP per a la síntesi d'estrigolactones, i és incapaç de compensar la pèrdua de SlG2 i SlG3. Referint-nos a la família de PSY, les nostres dades indiquen que PSY2 és la principal isoforma productora de carotenoides als teixits fotosintètics, mentre que PSY1 funciona principalment en els cromoplasts de flors i fruits. A més, hem descobert un paper de PSY1 als teixits fotosintètics quan les plantes estan exposades a alta llum. A més, descobrim un rol per a aquestes isoformes a la producció d'ABA en diferents teixits del fruit. En particular, hem observat que PSY1 proporciona fitoè per a la síntesi d'ABA al pericarp, mentre que PSY2 té un paper a l'ABA de llavor, en el control de la germinació. A més, la pèrdua conjunta de les dues isoformes dona lloc a un fenotip albí letal, quelcom indica que PSY3 no és activa en els teixits fotosintètics durant el desenvolupament i que la seva funció es limita principalment a les arrels. Finalment, els nostres experiments de co-immunoprecipitació proteica han revelat interaccions específiques entre els membres de les famílies GGPPS-PSY: mentre SlG1 interactua amb PSY3, SlG2 ho fa amb PSY1 i PSY2, i curiosament, SlG3 no interactua amb cap PSY. Amb aquestes dades, concluim, que el parell SlG1-PSY3 és l'encarregat del subministrament de precursors per a la síntesi de SL a les arrels, mentre que els parells SlG2-PSY2 i SlG2-PSY1 canalitzen la producció de GGPP cap a la síntesi de carotenoides i ABA a la part aèria de la planta de tomàquet.

[en] Carotenoids are isoprenoid compounds essential for photosynthesis and photoprotection but also as precursors of growth regulators such as abscisic acid (ABA) and strigolactones (SLs). In some plants, including tomato (Solanum lycopersicum), carotenoids also function as pigments that provide color to flowers and ripe fruit to attract animals for pollination and seed dispersion. Carotenoids are derived from plastidial geranylgeranyl diphosphate (GGPP) synthetized by GGPP synthases (GGPPS). Two molecules of GGPP are condensed by phytoene synthases (PSY) to produce phytoene, the first committed intermediate of the carotenoid pathway. Combined activity of GGPPS and PSY enzymes channel the production of GGPP towards carotenoids and away from other downstream plastidial isoprenoids that also derive from GGPP (e.g. chlorophylls, tocopherols, plastoquinone, or gibberellins). Although GGPPS and PSY have been broadly studied in Arabidopsis, less is known about the gene families encoding these enzymes and their regulation in most crops, including tomato. In Arabidopsis, only one GGPPS isoform is essential in plastids, where it interacts with the only PSY enzyme present in this species. In tomato, however, there are three genes encoding GGPPS isoforms (herein named SlG1 to 3) and three for PSY isoforms (PSY1 to 3). The main objective of this thesis was to better understand the contribution of specific GGPPS and PSY isoforms for the production of carotenoids in different tissues of the tomato plant, with a particular interest in deciphering the relevance of coordinated expression profiles and direct protein-protein interactions for the channeling of GGPP into the carotenoid pathway. To this end, the work was organized in two main blocks: (1) to identify and characterize the plastidial members of the tomato GGPPS family, and (2) to confirm and explore functional roles for tomato PSY isoforms. We used CRISPR-Cas9 editing to generate tomato mutants defective in all three GGPPS isoforms and two PSY isoforms as the main tools to achieve our objectives. We found that SlG3 acts as a housekeeping GGPPS isoform providing most of the GGPP necessary to produce photosynthesis-related isoprenoids and fruit carotenoids, whereas SlG2 is upregulated during peak-demands of carotenoids to help in delivering GGPP substrates. Intriguingly, absence of both SlG2 and SlG3 results in lethal seed/embryo phenotypes. The role of SlG1 is mainly restricted to roots, where it produces GGPP for the synthesis of carotenoid-derived hormone SLs. As for the PSY family, our results confirmed that PSY2 is the main isoform producing carotenoids in photosynthetic tissues whereas PSY1 functions mainly in flower and fruit chromoplasts. They also unveiled a supporting role for PSY1 in chloroplasts when plants are exposed to high light. A specific role for each of these isoforms in the production of ABA was found in different fruit tissues. In particular, PSY1 provides carotenoid precursors for ABA synthesis in the pericarp to regulate fruit growth and ripening whereas PSY2 acts in the seed and modulates ABA production to regulate germination. Loss of both PSY1 and PSY2 isoforms results in an albino seedling-lethal phenotype, indicating that PSY3 is not active in photosynthetic shoot tissues but its role is mainly restricted to roots. Co-immunoprecipitation experiments showed specific GGPPS-PSY interactions: SlG1 only interacts with PSY3, SlG2 with PSY1 and PSY2, and SlG3 does not interact with any PSY isoform. We therefore conclude that the SlG1-PSY3 pair ensures the supply of precursors for SL and other carotenoid-derived products in roots, whereas SlG2-PSY2 and SlG2-PSY1 pairs might efficiently channel GGPP production to the synthesis of carotenoids and ABA in shoot tissues. All the new information generated here will be very useful to further design strategies for crop enrichment in carotenoids and other health-promoting GGPP-derived metabolites of specific tissues or under challenging climate conditions.