Caracterización y análisis del gen Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 9 (MKK9) en la respuesta al estrés abiótico en Arabidopsis thaliana

Abstract

Abiotic stress is one of the main limiting factors for plant growth, particularly in the context of climate change, where soil salinity represents a major problem for agriculture. This study analyzes the role of the MKK9 gene (Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 9) in regulating the growth-defense balance under salt stress in Arabidopsis thaliana, through phenotypic characterization of the loss-of-function mutant mkk9-1 in comparison with the Columbia-0 (Col-0) ecotype. Germination, vegetative growth, and recovery assays under salt stress were performed by exposing plants to different concentrations of sodium chloride (NaCl). Growth was assessed by analyzing rosette area from images, and photosynthetic activity was evaluated using the Green Index (GI) and chlorophyll content quantification. Experimental conditions were also established for future transcriptomic analyses (RNA-seq). The results indicate that loss of MKK9 function does not significantly affect germination or early development under optimal conditions (absence of stress). However, under moderate salt stress conditions, the mkk9-1 mutant shows greater tolerance, reflected in increased vegetative growth and greater stability of chlorophyll content compared to Col-0. At high NaCl concentrations, growth is markedly reduced in both genotypes, indicating the existence of a critical tolerance threshold, specifically between 50 and 100mM NaCl. Overall, these findings suggest that MKK9 functions as a key regulator of the growth-defense balance, prioritizing defense responses at an energetic cost that limits growth under moderate stress. Modifying this gene could have significant implications for developing crops that are more resilient to adverse environmental conditions.

L'estrès abiòtic constitueix un dels principals factors limitants del creixement en les plantes, especialment en un context de canvi climàtic en què la salinitat del sòl representa un problema important per al sector agrícola. En aquest treball s'analitza el paper del gen MKK9 (Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 9) en la regulació de l'equilibri entre creixement i defensa davant l'estrès salí en Arabidopsis thaliana, mitjançant la caracterització fenotípica del mutant de pèrdua de funció mkk9-1 en comparació amb l'ecotip Columbia-0 (Col-0). Per a aquest objectiu, es van dur a terme assajos de germinació, creixement vegetatiu i recuperació després d'estrès salí, exposant les plantes a diverses concentracions de clorur de sodi (NaCl). El creixement es va determinar mitjançant l'anàlisi de l'àrea de la roseta a partir d'imatges digitals, i l'activitat fotosintètica mitjançant el càlcul de l'índex de verd (Green Index, GI) i la quantificació del contingut de clorofil·la. Així mateix, es van establir les condicions experimentals per a futurs anàlisis transcriptòmics (RNA-seq). Els resultats indiquen que la pèrdua de funció de MKK9 no afecta significativament la germinació ni el desenvolupament primerenc en condicions òptimes (absència d'estrès). Tanmateix, sota condicions d'estrès salí moderat, el mutant mkk9-1 presenta una tolerància més elevada, que es correspon amb un major creixement vegetatiu i amb l'estabilitat del contingut de clorofil·la en comparació amb Col-0. A concentracions elevades de NaCl, el creixement es veu molt més reduït en ambdós genotips, fet que indica l'existència d'un llindar crític de tolerància, concretament entre 50 i 100mM de NaCl. En conjunt, aquests resultats indiquen que MKK9 actua com un regulador clau de l'equilibri creixement-defensa, prioritzant respostes defensives amb un cost energètic que limita el creixement sota condicions d'estrès moderat. La modificació d'aquest gen podria tenir implicacions rellevants per al desenvolupament de cultius més resilients davant condicions ambientals adverses.

El estrés abiótico forma parte de uno de los principales factores limitantes de crecimiento en las plantas, especialmente en una situación de cambio climático donde la salinidad en el suelo representa un gran problema en el sector agrícola. En este trabajo se analiza el papel del gen MKK9 (Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 9) en la regulación del equilibrio entre crecimiento y defensa frente al estrés salino en Arabidopsis thaliana, mediante la caracterización fenotípica del mutante de pérdida de función mkk9-1 en comparación con el ecotipo Columbia-0 (Col-0). Para ello, se realizaron ensayos de germinación, crecimiento vegetativo y recuperación tras estrés salino exponiendo a las plantas a varias concentraciones de cloruro de sodio (NaCl). El crecimiento se determinó mediante el análisis del área de la roseta a partir de imágenes y la actividad fotosintética mediante el cálculo del índice de verde (Green Index, GI) y la cuantificación del contenido de clorofila. También se establecieron condiciones experimentales para futuros análisis transcriptómicos (RNA-seq). Los resultados señalan que la pérdida de función de MKK9 no afecta significativamente a la germinación ni al desarrollo temprano en condiciones óptimas (ausencia de estrés). Sin embargo, bajo condiciones de estrés salino moderado, el mutante mkk9-1 presenta una mayor tolerancia, correspondiente a un mayor crecimiento vegetativo y en la estabilidad del contenido de clorofila en comparación con Col-0. En concentraciones elevadas de NaCl, el crecimiento se ve bastante más reducido en ambos genotipos, indicando la existencia de un umbral crítico de tolerancia, en concreto entre 50 y 100mM NaCl. En definitiva, estos resultados indican que MKK9 actúa como un regulador clave del balance crecimiento-defensa, priorizando respuestas de defensa con un coste energético que limita el crecimiento bajo estrés moderado. La modificación de este gen podría tener implicaciones destacables para el desarrollo de cultivos más resilientes frente a condiciones ambientales adversas.