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Plant ROS Research

IMPORTANCIA DE LOS MECANISMOS ANTIOXIDANTES DEL CITOPLASMA EN LA RESPUESTA A ESTRÉS ABIÓTICO

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José A. Hernández, Investigador Científico del CSIC. Grupo de Biotecnología de Frutales, CEBAS, Murcia.

Todas las situaciones de estrés que afecten al balance hídrico de las plantas van a inducir un cierre de estomas para limitar la pérdida de agua por transpiración. Esto es lo que ocurre cuando una planta se somete a estreses como la salinidad o la sequía. El cierre de estomas rápidamente va a provocar una reducción en la asimilación del CO2 por parte del cloroplasto. Esto ralentiza las reacciones del ciclo de Calvin,  lo que conlleva a un menor consumo de NADPH y ATP. Esta respuesta se traduce en una falta de regeneración de aceptores electrónicos (NADP+, ADP), facilitando la cesión de electrones de la cadena de transporte electrónico al oxígeno , dando lugara una mayor generación de especies reactivas del oxígeno (ROS) en el cloroplasto, como radicales superóxido y de H2O2 .  Por lo tanto, el cloroplasto va a ser el primer compartimento celular que sufra los efectos de estreses abióticos como la salinidad o la sequía. Estos ROS pueden provocar daños oxidativos en este orgánulo, pero también se puede producir una salida del H2O2 del cloroplasto, lo que podría provocar un estrés oxidativo en el citoplasma.

En trabajos realizados en nuestro grupo, pusimos de manifiesto la importancia de los mecanismos antioxidantes del citoplasma en la protección de los cloroplastos en plantas sometidas a estrés salino o hídrico.

En una variedad de guisante relativamente tolerante a 70 mM NaCl, comprobamos que dicha tolerancia estaba correlacionada con un aumento de las enzimas del ciclo ASC-GSH en el citosol así como la inducción de los transcritos (ARNm) codificantes para APX, GR y CuZn-SOD citosólicas. Sin embargo, esta respuesta no tenía lugar en una variedad de guisante susceptible a salinidad (Hernández et al 2000) (ver Figura 1).

La importancia de los mecanismos de defensa antioxidantes del citosol en la protección de los cloroplastos también se ha descrito en condiciones de estrés hídrico en plantas transgénicas de tabaco que sobreexpresaban CuZn-SOD (cytsod) y APX (cytapx) en el citoplasma. Este trabajo muestra que la sobreexpresión simultánea de cytsod y cytapx, o al menos la de cytapx, en el citosol aliviaba el daño producido por estrés hídrico moderado (hasta 5 días sin regar). Esta sobreexpresión de enzimas citosólicas también aumentaba los niveles de otras enzimas de defensa, como DHAR, MDHAR, POX, Catalasa y SOD en fracción soluble (Figura 1) y de APX, POX y SOD en cloroplastos. Además, las líneas transgénicas acumulaban menos H2O2 y presentaban un menor nivel de daños en membrana, medido como pérdida de electrolitos y como peroxidación de lípidos en hojas (Faize et al., 2011).

 

Figura 1: Esquema simplificando el efecto del cierre estomático, inducido por salinidad y sequía, sobre la generación de ROS en la cadena de transporte electrónico del cloroplasto y la respuesta de los mecanismos antioxidantes citosólicos en hojas de guisante y tabaco en respuesta a salinidad y sequía, respectivamente.

Figura 1: Esquema simplificando el efecto del cierre estomático, inducido por salinidad y sequía, sobre la generación de ROS en la cadena de transporte electrónico del cloroplasto y la respuesta de los mecanismos antioxidantes citosólicos en hojas de guisante y tabaco en respuesta a salinidad y sequía, respectivamente.

 

 

Para más información:

HERNANDEZ JA, JIMENEZ A, MULLINEAUX PM AND SEVILLA F (2000) Tolerance of pea (Pisum sativum L.) to long-term salt stress is associated with induction of antioxidant defences. Plant Cell Environm 23:853-862.

FAIZE M, BURGOS L, FAIZE L, PIQUERAS A, NICOLAS E, BARBA-ESPIN G, CLEMENTE-MORENO MJ, ALCOBENDAS R, ARTLIP T,  HERNANDEZ JA (2011) Involvement of cytosolic ascorbate peroxidase and Cu,Zn-superoxide dismutase for improved tolerance against drought stress. J. Exp. Bot. 62:2599-2613.

Visitad también los siguientes enlaces del Blog Cienciacebas:

http://cienciacebas.wordpress.com/2013/01/30/mecanismos-antioxidantes-de-defensa-ii-mecanismos-enzimaticos/isitad

http://cienciacebas.wordpress.com/2013/01/24/mecanismos-antioxidantes-de-defensa-i-mecanismos-no-enzimaticos/

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http://cienciacebas.wordpress.com/2013/03/20/ascorbato-y-evolucion-el-exito-de-una-molecula/

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