antioxidantsgroup

Plant ROS Research


Deja un comentario

SISTEMA ANTIOXIDANTE EN APOPLASTO DE PRUNUS SP. Y SU RESPUESTA A SHARKA

El apoplasto, constituido por las paredes celulares y los espacios entre las células, consiste en una mezcla compleja de carbohidratos, proteínas, lignina, agua, metabolitos y de compuestos inorgánicos (Dietz, 1996). El apoplasto contiene no sólo la matriz extracelular que estabiliza la estructura física de las células vegetales, sino que también proporciona la fase líquida entre los espacios intercelulares (y por tanto del ambiente) y la membrana plasmática de las células vegetales. Los constituyentes del fluido apoplástico coordinan eventos en la pared celular y en la cara externa del plasmalema, jugando un papel central en el metabolismo y en la transducción de señales al coordinar procesos fisiológicos tales como la expansión celular, diferenciación, reparación y resistencia al ataque de patógenos (Dietz, 1996). El apoplasto se caracteriza por presentar un menor contenido proteico y enzimático que la mayoría de los compartimentos intracelulares y un pH ligeramente bajo (Dietz, 1996).
Diversos autores han estudiado los efectos de diferentes situaciones de estrés sobre los sistemas antioxidantes del apoplasto, y los resultados sugieren que este compartimiento puede ser importante en la respuesta de las células vegetales al estrés por contaminantes atmosféricos (SO2, O3), estrés salino y patógenos (Dietz, 1996; Vanacker y col., 1998; Hernández y col., 2001).
En un trabajo realizado en nuestro grupo, describimos por primera vez los cambios del sistema antioxidante de apoplasto de hoja en diferentes especies de Prunus frente a la infección por Sharka.
Después de corregir con las contaminaciones citosólicas, en el apoplasto de hojas de melocotonero y de albaricoquero se pudo describir la presencia de APX (ascorbato peroxidasa), SOD (superóxido dismutasa), POX (peroxidasa), NADH-POX y PPO (polifenol oxidasa) (Fig 1). Sin embargo, el resto de enzimas del ciclo ascorbato- glutatión (enzimas involucradas en la regeneración de estos compuestos) parecían estar ausentes en este compartimiento tanto, en melocotonero como en albaricoquero (Diaz-Vivancos et al., 2006).
La infección por PPV (Plum Pox Virus) producía un efecto diferente en el sistema antioxidante de apoplasto en Prunus sp. dependiendo de la susceptibilidad al virus. En apoplasto de hojas de melocotonero GF305, muy susceptible a PPV, se producía un aumento de las enzimas APX, POX, NADH-POX, y PPO. En el cultivar de albaricoquero Real Fino, susceptible a PPV, tenía lugar un descenso de las actividades POX y SOD, y un aumento de PPO en apoplasto. Sin embargo, en un cultivar de albaricoquero resistente a PPV (cv Stark Early Orange) tenía lugar un aumento de las enzimas APX, POX y SOD en el apoplasto (Diaz-Vivancos et al., 2006).

Figura 1. Esquema mostrando el sistema antioxidante de apoplasto en Prunus sp. de acuerdo con datos obtenidos después de corregir con las contaminaciones citosólicas.

Figura 1. Esquema mostrando el sistema antioxidante de apoplasto en Prunus sp. de acuerdo con datos obtenidos después de corregir con las contaminaciones citosólicas.

 

 

La infección por PPV producía un estrés oxidativo en el apoplasto de albaricoquero y melocotonero, medido como acumulación de H2O2.  Sin embargo, este aumento era mucho mayor en las variedades susceptibles a PPV que en la variedad de albaricoquero resistente al virus. Además, sólo en las variedades susceptibles, este aumento de H2O2 en apoplasto estaba acompañado por un aumento en la pérdida de electrolitos (Diaz-Vivancos et al., 2006) (Fig 2), lo que implica la aparición de daños en membrana plasmática.

 

Figura 2. Efecto de la infección por PPV en los niveles apoplásticos de H2O2 (A) y en la pérdida de electrolitos de hoja en diferentes especies de Prunus. GFc, cultivar GF305 control; cultivar GFi; GF305 infectados; RFc, cultivar RF control; RFi; cultivar RF infectados; Sc, cultivar SEO control; Si; cultivar SEO infectados.

Figura 2. Efecto de la infección por PPV en los niveles apoplásticos de H2O2 (A) y en la pérdida de electrolitos de hoja en diferentes especies de Prunus. GFc, cultivar GF305 control; cultivar GFi; GF305 infectados; RFc, cultivar RF control; RFi; cultivar RF infectados; Sc, cultivar SEO control; Si; cultivar SEO infectados.

 

Dr. Pedro Díaz Vivancos, Dra María José Clemente-Moreno y Dr. José A. Hernández

Dpto de Mejora de Frutales

CEBAS-CSIC

Murcia

 

Bibliografía

Díaz-Vivancos P., Rubio M., Mesonero V., Periago P.M., Ros Barceló A., Martínez-Gómez P. & Hernández J.A. (2006) The apoplastic antioxidant system in Prunus: Response to plum pox virus. Journal of Experimental Botany 57, 3813-3824.

Dietz KJ. (1996) Functions and responses of the leaf apoplast under stress. Progress in Botany 58, 221-254.

Hernández JA, Ferrer MA, Jiménez A, Ros-Barceló A, Sevilla F. (2001) Antioxidant systems and O2.-/H2O2 production in the apoplast of Pisum sativum L. leaves: its relation with NaCl-induced necrotic lesions in minor veins. Plant Physiology 127, 817-831.

Vanacker H, Carver TLW, Foyer CH. (1998) Pathogen-induced changes in the antioxidant status of the apoplast in barley leaves. Plant Physiology 117, 1103-1114.

 

Anuncios


3 comentarios

ESTRÉS OXIDATIVO INDUCIDO POR SALINIDAD EN PLANTAS

La salinidad en el suelo o en el agua de riego, junto con la sequía) es uno de los factores ambientales que más limita la producción vegetal. En ambientes salinos, las plantas tienen que entablar una doble lucha: contra el efecto osmótico, producido por la acumulación de sales en el suelo, con el fin de poder absorber agua, y contra la toxicidad iónica, producido por la acumulación de sales dentro de la planta (sobre todo Na2+ y Cl-). Pero además de estos componentes (estrés osmótico y toxicidad iónica), la salinidad también produce, a más largo plazo, un estrés oxidativo en las plantas. Estos tres factores contribuyen a los efectos dañinos de la salinidad en las plantas (Hernández et al., 1993, 1995; 2000; 2001; Gueta-Dahan et al. 1997).
La salinidad afecta al crecimiento de las plantas. Uno de los síntomas característicos de la salinidad es la aparición de zonas cloróticas y, a más largo plazo, la aparición de zonas necróticas en los márgenes de las hojas (Fig 1).

Fig.1 Síntomas de Salinidad en Plantas de guisante.

Fig.1 Síntomas de Salinidad en Plantas de guisante.

En respuesta a salinidad (o a estrés hídrico), las plantas rápidamente reducen su conductancia estomática (cierre de estomas), lo que limita la entrada de CO2 al 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 de electrones (NADP+, ADP), lo que puede facilitar que el O2 acepte electrones de la cadena de transporte electrónico en el cloroplasto, lo que conlleva a una mayor generación de especies reactivas del oxígeno (ROS) en este orgánulo, como radicales superóxido y de H2O2 (Fig. 2).

Fig 2. Esquema mostrando los diferentes componentes del estrés salino en plantas, que finalmente llevan al establecimiento de un estrés oxidativo.

Fig 2. Esquema mostrando los diferentes componentes del estrés salino en plantas, que finalmente llevan al establecimiento de un estrés oxidativo.

De acuerdo con algunos autores, la tolerancia a salinidad parece estar asociada a la capacidad de inducción de mecanismos antioxidantes. En un cultivar de guisante (cv Challis) sensible a salinidad, se ha descrito que el tratamiento con NaCl 70 mM produce un descenso de los mecanismos antioxidantes en cloroplastos y mitocondrias, asociado con una mayor generación de O2.- y H2O2 en estos orgánulos. Sin embargo, en cultivares de guisante relativamente tolerantes a salinidad tiene lugar una respuesta contraria, ya que, aunque también se observa un aumento en la generación de ROS,  tiene un aumento de las enzimas del ciclo ASC-GSH y de la actividad de las isoenzimas de SOD en estos orgánulos (Fig 3). Esta respuesta sugiere que la tolerancia a salinidad puede estar asociada, al menos parcialmente, al aumento y/o la inducción de los mecanismos de defensa antioxidantes.

Fig 3. Esquema mostrando el efecto de la salinidad sobre el metabolismo antioxidativo en cloroplastos y mitocondrias en diferentes cultivares de plantas de guisante.

Fig 3. Esquema mostrando el efecto de la salinidad sobre el metabolismo antioxidativo en cloroplastos y mitocondrias en diferentes cultivares de plantas de guisante.

José A. Hernández, Investigador Científico CEBAS-CSIC

 

 

Para más Información:

HERNANDEZ, JA, CORPAS FJ, GOMEZ M, DEL RIO LA, SEVILLA F (1993) Salt-induced oxidative stress mediated by activated oxygen species in pea leaf mitochondria. Physiol. Plant. 89, 103-108.

HERNANDEZ JA, OLMOS E, CORPAS FJ, DEL RIO LA, SEVILLA F (1995) Salt-induced oxidative stress in chloroplasts of pea plants. Plant Sci., 105, 151-167.

GÓMEZ JM, HERNÁNDEZ JA, JIMÉNEZ A, DEL RÍO LA, SEVILLA F.(1999). Differential response of antioxidative enzymes of chloroplasts and mitochondria to long-term NaCl stress of pea plants. Free Rad. Res. 31(suppl.), 11-18.

BARBA-ESPÍN G, CLEMENTE-MORENO MJ, ÁLVAREZ S, GARCÍA-LEGAZ MF, HERNÁNDEZ JA, DÍAZ-VIVANCOS P (2011) Salicylic acid negatively affects the response to salt stress in pea plants. Plant Biology 13: 909-917.


Deja un comentario

BASES FISIOLOGICAS Y BIOQUÍMICAS DE LA INFECCIÓN POR SHARKA

La Sharka es una enfermedad producida por un virus, denominado Plum pox virus (PPV), que afecta fundamentalmente a los frutales del género Prunus, más concretamente al melocotonero, albaricoquero y ciruelo. Provoca una serie de síntomas, entre los que destacan una clorosis intervenal en hojas, deformación de frutos y hojas, manchas en forma de anillo en frutos y en el endocarpo (Ver figuras 1-5).

Síntomas producidos por la infección por PPV en hojas (1,2 y 3), fruto (4) y endocarpo  (5) en plantas de melocotonero (1,3, 4) y albaricoquero (2, 5). En la figura 6 se muestra la acumulación de H2O2,  en hojas de albaricoquero que mostraban síntomas de sharka.

Síntomas producidos por la infección por PPV en hojas (1,2 y 3), fruto (4) y endocarpo (5) en plantas de melocotonero (1,3, 4) y albaricoquero (2, 5). En la figura 6 se muestra la acumulación de H2O2, en hojas de albaricoquero que mostraban síntomas de sharka.

Nuestro grupo ha sido el primero en estudiar los efectos de esta infección sobre aspectos fisiológicos y bioquímicos en Prunus sp. Uno de los efectos que produce la Sharka es un desequilibrio en el metabolismo antioxidativo y el establecimiento de un estrés oxidativo a largo plazo caracterizado por una acumulación de H2O2 (ver figuras 6 y 7), y un aumento de los niveles de oxidación de proteínas y de peroxidación de lípidos.

Figura 7. Esquema mostrando el efecto de la infección por PPV sobre los mecanismos antioxidantes en fracciones solubles y cloroplastídicas de hoja de melocotonero y de albaricoquero. El esquema muestra un descenso de los mecanismos de defensa antioxidantes en las variedades susceptibles a PPV, acompañado de una acumulación de H2O2. Sin embargo, la variedad de albaricoquero resistente a PPV muestra un aumento de algunas de las enzimas antioxidantes en fracción soluble.

Figura 7. Esquema mostrando el efecto de la infección por PPV sobre los mecanismos antioxidantes en fracciones solubles y cloroplastídicas de hoja de melocotonero y de albaricoquero. El esquema muestra un descenso de los mecanismos de defensa antioxidantes en las variedades susceptibles a PPV, acompañado de una acumulación de H2O2. Sin embargo, la variedad de albaricoquero resistente a PPV muestra un aumento de algunas de las enzimas antioxidantes en fracción soluble.

Uno de los compartimentos celulares más afectado por la infección por PPV en el cloroplasto. Esto queda recogido por los cambios que se observan en la alteración de su ultraestructura (Figura 8), en algunos parámetros de fluorescencia (Fv/Fm, qP, NPQ) así como por la disminución en los niveles de algunas proteínas implicadas en la fotosíntesis, en el metabolismo de carbohidratos y el de aminoácidos (Clementa-Moreno et al., 2013).

Figura 8.- Efecto de la infección por PPV sobre la ultraestructura de cloroplastos de hojas de melocotonero GF305. 1, hoja sana, 2,3,4 hojas infectadas por PPV. Los cloroplastos de hojas infectadas muestran una dilatación de tilacoides, un aumento en el número de plastoglóbulos y un descenso de los contenidos de almidón. Fotografías realizadas en colaboración con el Dr. Enrique Olmos (CEBAS-CSIC).

Figura 8.- Efecto de la infección por PPV sobre la ultraestructura de cloroplastos de hojas de melocotonero GF305. 1, hoja sana, 2,3,4 hojas infectadas por PPV. Los cloroplastos de hojas infectadas muestran una dilatación de tilacoides, un aumento en el número de plastoglóbulos y un descenso de los contenidos de almidón. Fotografías realizadas en colaboración con el Dr. Enrique Olmos (CEBAS-CSIC).

Para más información consultar las siguientes publicaciones:

  • HERNÁNDEZ JA, RUBIO M, OLMOS E, ROS-BARCELÓ A, MARTÍNEZ-GÓMEZ P (2004) Oxidative stress induced by long-term Plum pox virus infection in Peach (Prunus persica L. cv GF305). Physiol Plant. 122: 486-495
  •  HERNÁNDEZ JA, DÍAZ-VIVANCOS P, RUBIO M, OLMOS E, ROS-BARCELÓ A, MARTÍNEZ-GÓMEZ P (2006) Long-term PPV infection produces an oxidative stress in a susceptible apricot cultivar but not in a resistant cultivar. Physiol Plant. 126:140-152.
  • CLEMENTE-MORENO MJ, DIAZ-VIVANCOS P, RUBIO M, FERNANDEZ N, HERNANDEZ JA (2013) Chloroplast protection in plum pox virus-infected peach plants by OTC treatments: effect in the proteome. Plant Cell Environm 36: 640-654.
 

CAPACIDAD ANTIOXIDANTE Y RESISTENCIA A ESTRÉS HÍDRICO

Deja un comentario

CAPACIDAD ANTIOXIDANTE Y RESISTENCIA A ESTRÉS HÍDRICO

La sobreexpresión de CuZn-superóxido dismutasa (CuZn-SOD) (línea 17), Ascorbato peroxidasa (APX) (línea 51), o de ambos transgenes (línea 39) en el citoplasma produce una tolerancia a estrés hídrico moderado en plantas de tabaco. La imagen 1 muestra una fotografía del efecto de la falta de riego en plantas de tabaco no transformadas, donde se observa un colapso de las hojas. Sin embargo, la líneas transgénica que sobreexpresan ambos transgenes (línea 39) no mostraba síntomas de estrés. Para más información consultar publicación:
M. FAIZE, L. BURGOS, L. FAIZE, A. PIQUERAS, E. NICOLAS, G. BARBA-ESPIN, M.J. CLEMENTE-MORENO, R. ALCOBENDAS, T. ARTLIP AND J.A. HERNANDEZ (2011) Involvement of cytosolic ascorbate peroxidase and Cu,Zn-superoxide dismutase for improved tolerance against drought stress. J. Exp. Bot. 62:2599-2613 (doi: 10.1093/jxb/erq432).
El aumento de la capacidad antioxidante (sobreexpresión de CuZn-SOD y/o de APX) de las plantas de tabaco también tiene un efecto sobre la senescencia de las plantas de tabaco, ya que las líneas transgénicas tardaban más tiempo en envejecer. En la imagen 2 se observa como las plantas no transformadas presentan una clorosis acusada en las hojas y no en las plantas transgénicas (líneas 17, 39 y 51).