[en] Plant primary metabolism is a complex process where many interacting pathways must be finely coordinated and integrated in order to achieve proper plant development and acclimation to the environment. An example of such complexity is the biosynthesis of the amino acid L- serine which takes place in at least two different organelles and by different pathways. In spite of the crucial role of serine in plants, the biological significance of the coexistence of several biosynthetic pathways, and also how they interact to maintain amino acid homeostasis in cells is not yet understood. Three different serine biosynthesis pathways have been described in plants: The glycolate pathway associated with photorespiration, and two others non fotorespiratory pathways denominated glycerate pathway and phosphorylated pathway. The phosphorylated pathway of serine biosynthesis (PPSB) has been poorly studied, probably because it was considered of minor importance compared to the glycolate pathway. The main objective of this thesis is to elucidate the role of PPSB in plants, using Arabidopsis thaliana as a model. Specifically, the functional characterization of genes coding for the first enzyme of the PPSB, 3-phosphoglycerate dehydrogenase (PGDH) has been elucidated. We have identified three genes coding for putative PGDHs named PGDH, 3-PGDH and EDA9 (Embryo Sac Developmenal Arrest9) respectively. While PGDH have already been cloned and biochemically characterized, 3-PGDH and EDA9 have not been studied to date. 3- PGDH and EDA9 have a high percentage of amino acid identity as compared to PGDH. Therefore they were grouped within a gen family called "PGDH family". All three genes displayed a different expression pattern indicating that they are not functionally redundant. The mutants of PGDH and 3-PGDH presented no drastic visual phenotypes, but the mutant eda9.1eda9.1 is lethal showing delayed embryo development that led to aborted embryos. The embryo-lethal phenotype of the mutant eda9.1eda9.1 was complemented with EDA9 cDNA under the control of 35S promoter (Pro35S:EDA9) and its own promoter (ProEDA9:EDA9). However,the construct that carries the 35S promoter, which is poorly expressed in the anther tapetum, did not complement mutant fertility. Microspore development in eda9.1eda9.1 Pro35S:EDA9 was arrested at the polarized stage. Pollen from these lines lacked tryphine in the interstices of the exine, the extern layer of pollen grain, and displayed shrunken and collapsed forms that were unable to germinate when cultured in vitro. A metabolomic analysis of PGDH mutant and overexpressing plants revealed that all three PGDH family genes can regulate serine homeostasis, with PGDH being quantitatively the most important in the process of serine biosynthesis at the whole plant. By contrast, the essential role of EDA9 could be related to its expression in very specific cell types. In this thesis, we evidence the crucial role of EDA9 in embryo and pollen development, suggesting that the PPSB is an important link connecting primary metabolism with development.

[es] El metabolismo primario de las plantas es un proceso complejo, en el que las vías que participan deben estar perfectamente coordinadas e integradas con el fin de lograr el desarrollo adecuado de las plantas y su aclimatación al medio ambiente. Un ejemplo de tal complejidad es la biosíntesis del aminoácido L- serina, que se lleva a cabo en al menos dos orgánulos diferentes y por rutas distintas. A pesar del papel crucial de la serina en las plantas, no se conoce cuál es la importancia biológica de la coexistencia de varias rutas biosintéticas; tampoco se conoce cómo interactúan estas rutas para mantener la homeostasis de dicho aminoácido en las células. Se han descrito tres rutas diferentes de biosíntesis de serina en las plantas: la ruta del glicolato, asociada a la fotorrespiración, y dos rutas no fotorrespiratorias denominadas ruta del glicerato y ruta fosforilativa. La ruta fosforilativa de biosíntesis de serina (RFBS) se ha estudiado relativamente poco, probablemente debido a que se consideró de menor importancia en comparación con la ruta del glicolato. El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido contribuir a dilucidar el papel de la RFBS en las plantas, utilizando como modelo Arabidopsis thaliana. Específicamente se ha procedido a la caracterización funcional de genes que codifican para la 3-fosfoglicerato deshidrogenasa (PGDH), primera enzima de la RFBS. Se han identificado tres genes que podrían codificar para la enzima PGDH, denominados PGDH, 3-PGDH y EDA9 (Embryo Sac Developmenal Arrest9). Mientras que PGDH ya había sido clonado y la enzima que codifica caracterizada bioquímicamente, 3-PGDH y EDA9 no habían sido estudiados hasta la fecha. A nivel de su secuencia aminoacídica, 3-PGDH y EDA9 presentan un alto porcentaje de identidad con PGDH, por lo que se les agrupó dentro de una familia génica que denominamos "familia PGDH". Los tres genes mostraron un patrón de expresión diferente, indicando que no son funcionalmente redundantes. Los mutantes de los genes PGDH y 3-PGDH no presentan fenotipos visuales drásticos, pero el mutante eda9.1eda9.1 es letal, mostrando un retraso en el desarrollo embrionario que conduce al aborto de los embriones. El fenotipo de letalidad del embrión del mutante eda9.1eda9.1 se complementó con el cDNA del gen EDA9 bajo el control del promotor 35S (Pro35S:EDA9) y de su propio promotor (ProEDA9:EDA9). Sin embargo, la construcción que lleva el promotor 35S, que muestra baja expresión en el tapete de las anteras, no complementó la fertilidad del mutante. El desarrollo de las microsporas en eda9.1eda9.1 Pro35S:EDA9 se detiene en la etapa de microspora polarizada. El polen de estas líneas carece de trifina en los intersticios de la exina, la capa más externa del grano de polen, mostrando formas colapsadas y deformadas que no fueron capaces de germinar cuando se cultivaron in vitro. Un análisis metabolómico de los mutantes de la familia PGDH y de las líneas que sobreexpresan estos genes, reveló que los tres genes de la familia pueden regular la homeostasis de la serina, siendo PGDH el más importante cuantitativamente en el proceso de biosíntesis de serina en toda la planta. Por el contrario, el papel esencial de EDA9 podría estar relacionado con su expresión en tipos celulares muy específicos. En esta tesis, ponemos de manifiesto el papel crucial de EDA9 en el desarrollo del embrión y del polen, lo que sugiere que la RFBS es un importante nexo de unión entre el metabolismo primario y el desarrollo.