[en] In plants three different serine biosynthesis pathways have been described: the glycolate pathway associated with photorespiration, and two nonphotorespiratory pathways, the glycerate pathway and the Phosphorylated Pathway of Serine Biosynthesis (PPSB). As the glycolate pathway is the most important, at least in quantitative terms, the role of the PPSB has been neglected until quite recently. This thesis provides insights into the role of the PPSB in Arabidopsis development and metabolism. The PPSB uses 3-phosphoglycerate (3-PGA) as a precursor which can be supplied through the plastidial or the cytosolic glycolysis. It is assumed that the activity of these two glycolytic pathways is integrated through transport systems, which exchange glycolytic intermediates across plastidial membranes. It was unknown whether plastidial and cytosolic pools of 3-PGA can equilibrate in nonphotosynthetic cells. To solve this matter, we employed mutants of the plastidial glycolytic isoforms of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPCp), which express the Triose Phosphate Translocator (TPT) under the control of different promoters. TPT expression under the control of the 35S promoter complemented the vegetative developmental defects and metabolic disorders of GAPCp double mutants (gapcp1gapcp2). However, TPT expression under the control of the 35S, which is poorly expressed in the tapetum, hardly complemented gapcp1gapcp2 male sterility. Full vegetative and reproductive complementation of gapcp1gapcp2 was rescued only by transforming this mutant with a construct that carried the TPT under the control of the GAPCp1 native promoter. A negative anatomical correlation was found between TPT and GAPCp expression, which suggests that the translocator is inactive in heterotrophic cells where GAPCp is functionally significant. Our results indicated that the main function of GAPCp is to supply 3-PGA for anabolic pathways in heterotrophic cells. They also suggest a 3-PGA deficiency in the plastids of gapcp1gapcp2 and that 3-PGA pools between cytosol and plastid do not equilibrate in heterotrophic cells. In order to study the PPSB in Arabidopsis in depth, PSP1, the last enzyme of the pathway, was targeted. Lack of PSP1 activity delayed embryo development and led to aborted embryos, classified as early curled cotyledons. On the other hand, psp1psp1 expressing PSP1 under the control of the 35S promoter (psp1psp1 35S:PSP1), which is poorly expressed in the anther tapetum, displayed a male sterile phenotype. Microspore development in psp1psp1 35S:PSP1 was arrested in the polarized stage. The tapetum of psp1psp1 Pro35S:PSP1 also displayed delayed and irregular development. The PSP1 expression in the tapetum in critical microspore development stages suggests that PSP1 activity in this cell layer is essential for pollen development. PPSB also affects primary root development, by reducing cell division in the meristem and cell length in the elongation zone. A transcriptomics and metabolomics study showed that the PPSB plays a crucial role in plant metabolism by acting as a metabolic switch between carbon and nitrogen metabolism, and connecting glycolysis and the Krebs cycle with the biosynthesis of amino acids, and with sulfate and ammonium assimilation pathways.

[es] En plantas se han descrito tres rutas diferentes de para la síntesis de serina: la ruta del glicolato, asociada a la fotorrespiración, y dos rutas independientes de ella, la ruta del glicerato y la ruta fosforilativa de biosíntesis de serina (PPSB). Como la ruta del glicolato es la más importante en términos cuantitativos, el papel de la PPSB ha sido ignorado hasta hace unos años. Esta tesis doctoral aporta nuevas perspectivas sobre la función de la PPSB tanto en el desarrollo como en el metabolismo de Arabidopsis. La PPSB se abastece de 3-fosfoglicerato (3-PGA) como sustrato, el cual puede ser suministrado por la glicolisis plastidial o citosólica. Se asume que la actividad de estas dos rutas glicolíticas está integrada por medio de un sistema de transporte, el cual intercambia los intermediarios glicolíticos a través de la membrana plastidial. Sin embargo, se desconocía si el acervo de 3-PGA del plasto y el citosol podían compensarse mutuamente en células no fotosintéticas. Para resolver esta cuestión, se han utilizado mutantes de las isoformas glicolíticas plastidiales de la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPCp) que expresan el transportador de triosas fosfato (TPT) bajo el control de diferentes promotores. Bajo el control del 35S, el TPT complementó los defectos tanto fenotípicos como metabólicos que presentaban los dobles mutantes GAPCp (gapcp1gapcp2). Sin embargo, la expresión del TPT bajo el control del promotor 35S, el cual se expresa mínimamente en el tapete, no pudo complementar la esterilidad masculina. La complementación total del gapcp1gapcp2, tanto vegetativa como reproductiva, se obtuvo transformando este mutante con el TPT bajo el control del promotor de la GAPCp1. Además, se observó una correlación negativa en términos anatómicos entre la expresión del TPT y la de la GAPCp, lo cual sugiere que el TPT está inactivo en células heterotróficas, donde la GAPCp es funcionalmente significativa. Los resultados obtenidos indican que la función principal de la GAPCp es aportar 3-PGA para rutas anabólicas en tejidos heterotróficos. Además, estos resultados apuntan a una deficiencia de 3-PGA en el plasto de gapcp1gapcp2, debido que los acervos de 3-PGA entre citosol y plastos no se encuentran en equilibrio en células heterotróficas. Con el fin de estudiar en profundidad la PPSB en Arabidopsis, PSP1, la última enzima de la ruta fue el objeto de estudio. La ausencia de actividad de la PSP1 produce un restraso en el desarrollo embrionario, dando como resultado embriones albinos abortados detenidos en el estadio temprano de cotiledones curvos. Por otro lado, psp1psp1 que expresan PSP1 bajo el control del promotor 35S (psp1psp1 35S:PSP1), el cual se expresa poco en el tapete, mostraron un fenotipo de esterilidad. El desarrollo de microsporas en psp1psp1 35S:PSP1 se paralizaba en el estadio de célula polraizada, acompañado de un desarrollo retardado e irregular del tapete. La expresión del PSP1 en el tapete en estadíos puntuales del desarrollo de las microsporas sugieren que la actividad del PSP1 en esta capa celular es esencial para el desarrollo del polen. La PPSB también afecta al desarrollo radicular, reduciendo la división celular en el meristemo y la longitud celular en la zona de elongación. Un abordaje metabolómico y transcriptómico pone de relieve que la PPSB juega un papel esencial en el metabolismo vegetal actuando como un "interruptor" entre el metabolismo del carbono y del nitrógeno, además de conectar la glicolisis y el ciclo de Krebs con la biosíntesis de aminoácidos y las rutas de asimilación de sulfato y amonio.