antioxidantsgroup

Plant ROS Research


Deja un comentario

OFERTA DE BECA FPU PARA REALIZAR TESIS DOCTORAL EN EL CEBAS-CSIC

El Dr. José A. Hernández  propone un tema de trabajo para realizar la Tesis Doctoral en el CEBAS-CSIC.

Interesados Contactar con: jahernan@cebas.csic.es

Es indispensable tener buena nota para poder tener opciones.

Propuesta:

La dormancia (latencia invernal) se define como la incapacidad del meristemo apical de un brote para continuar el crecimiento, incluso en condiciones favorables. En el género Prunus, la formación de brotes está controlada fundamentalmente por la temperatura. Este proceso afecta a la floración y por tanto a la producción y calidad de los frutos. Es probable que el calentamiento global, previsto en zonas templadas, afecte al proceso de letargo, y por tanto a la producción de frutos y el crecimiento vegetativo. Por todo ello, el conocimiento de los mecanismos que regulan el tiempo de floración será muy útil para el desarrollo de estrategias que mejoren la producción de los frutales.

En este trabajo emplearemos yemas de dos variedades de melocotonero con diferentes necesidades de frío y cultivadas en dos zonas climáticas diferentes, una con clima templado (Campo de Cartagena) y otra con clima frío (El Chaparral, Bullas).

El objetivo global es el de desarrolllar modelos que expliquen la interacción entre señalización redox, metabolismo de azúcares, perfil hormonal, lo que puede resultar muy útil para mejorar la productividad en frutales, proporcionando  herramienta para coordinar el tiempo de brotación, floración y recolección.

Los objetivos parciales de la propuesta de tesis son:

1.-Habida cuenta de la importancia que la movilización de azúcares tiene en los procesos de crecimiento y diferenciación celular, estudiaremos la evolución en los contenidos de almidón y azúcares en yemas latentes hasta la salida de la dormancia.

2.-Recientemente, hemos descrito una nueva ruta de síntesis de ácido salicílico (SA) en melocotonero a partir de la ruta de los glucósidos cianogénicos, actuando el mandelonitrilo (MD) como un intermediario que controlaría la síntesis de amigdalina (Amg) y de SA. Esta ruta es minoritaria en comparación con las rutas previamente descritas (PAL e isocorismato), y su función fisiológica no es conocida. En este sentido, proponemos la hipótesis de que esta nueva ruta podría estar implicada, de forma directa o indirecta, en el proceso de la salida del letargo y/o proceso de floración habida cuenta de las funciones del SA en el proceso de termogénesis y en la regulación redox. Para ello, vamos a estudiar los niveles de MD, SA y Amg durante desarrollo de las yemas en dos variedades de melocotonero (con diferentes necesidades de frío) y en dos áreas geográficas diferentes.

3.- Estudio de la evolución de los niveles de ABA y de GAs

4.- En estas mismas muestras estudiaremos la actividad de enzimas antioxidantes

5.-Mediante técnicas de proteómica detectaremos proteínas modificadas oxidativamente mediante reaciones de S-glutationilación y S-nitrosilación.

 

Anuncios


Deja un comentario

Environmentally friendly strategies against Plum pox virus: Effect of PPV infection on the salicylic acid biosynthetic pathway from mandelonitrile in peach

José A. Hernándeza; Pedro Díaz-Vivancosa,b
aBiotechnology of Fruit Trees Group, Dept. Plant Breeding, CEBAS-CSIC, Campus Universitario de Espinardo, 25. 30100 Murcia (Spain). bDepartment of Plant Biology, Faculty of Biology, University of Murcia, Campus de Espinardo, E-30100 Murcia, Spain.

In a previous work, we reported that the cyanogenic glycosides (CNglcs) pathway can be involved in a new salicylic acid (SA) biosynthetic pathway in peach, with mandelonitrile (MD) linking both pathways (Diaz-Vivancos et al. 2017). In this pathway, MD acts as an intermediary molecule between CNglcs turnover and SA biosynthesis (Diaz-Vivancos et al. 2017). The plant hormone SA plays multiple roles in plants and acts as an endogenous signal mediating plant defense responses against both biotic and abiotic stimuli. In that regards, we study the effect of MD and phenylalanine (Phe), a known SA-precursor, treatments on stress-related plant hormone contents [(SA, abscisic acid (ABA), and jasmonic acid (JA)] and symptomatology in Plum pox virus-infected peach seedlings.

            The PPV-infected peach seedlings were treated with 1 mM MD or Phe for six weeks and then submitted to an artificial rest period again, which was necessary to ensure the later multiplication of the virus. Samples were taken six weeks after the second artificial rest period; the seedlings were inspected for sharka symptoms and were irrigated with either 1 mM MD or Phe during these six weeks. For all the conditions, 12 seedlings were assayed, and another 12 plants were kept as control.

            In PPV-infected seedlings, an increase of about 1.5-fold in total SA content was observed in control and MD- and Phe-treated plants due to the infection (Fig.1), suggesting that the SA biosynthetic pathway from MD is also functional under biotic (Plum pox virus infection) stress conditions, although the contribution of this pathway to the total SA pool does not seem to be important under such condition. We also analyzed the effect of MD and Phe treatments on abcisic (ABA) and jasmonic acids (JA) levels in control and PPV-infected seedlings. The MD treatment produced a drop in ABA levels in control plants. However, PPV-infection induced an increase in ABA content in MD-treated plants, whereas JA levels strongly increased by both MD and Phe treatments (Fig 1).

Fig 1 color

Figure 1.- Total ABA , JA and SA levels in the leaves of peach seedlings grown in the presence or absence of MD or Phe submitted PPV infection . Data represent the mean ± SE of at least five repetitions of each treatment. Different letters indicate significant differences according to Duncan’s test (P≤0.05).

            Regarding PPV symptoms, venal chlorosis and leaf deformation were observed in non-treated seedlings. The mean intensity of PPV symptoms observed in non-treated plants, around 3.0 on a scale of 0 to 5, confirmed the high susceptibility described for this cultivar. Both MD and Phe treatments reduced the severity of symptoms, although Phe in a lesser extent than MD (Fig 2). This response correlated with higher levels of SA and JA in peach leaves, as well as with enhanced ABA levels in MD-treated seedlings.

 

Fig 2 color

Fig. 2.- Phenotypic scoring for evaluating sharka symptoms in peach seedlings. Data represent the mean ± SE of at least 10 repetitions. Different letters indicate significant differences according to Duncan’s test (P≤0.05).

            As a conclusion, based on our previous results suggesting that the CNgls pathway can be involved in SA biosynthesis via MD, we have found evidences that this new SA biosynthetic pathway also works also under stress conditions. These data suggest that SA biosynthesis from MD could have a positive effect in the response of peach plants to PPV infection, reducing Sharka symptomatology, even though that the contribution of this pathway to the total SA pool does not seem to be relevant.

For more information, please see: Euphresco_success_story_Epi-PPV_2

Project ID: 2015-E-147 Determine different Plum pox virus strains in wild hosts and in stone fruit cultivars with different susceptibility as a part of improved control and surveillance strategies


Deja un comentario

PREMIO A LA MEJOR PUBLICACIÓN DE 2017

Una revisión publicada por investigadores del Grupo de Biotecnología de Frutales del CEBAS-CSIC ha obtenido el premio a la mejor publicación de 2017 en la revista Agronomy. Se trata de la revisión “Plant Responses to Salt Stress: Adaptive Mechanisms” escrita por los investigadores Jose Ramón Acosta-Motos, Maria Fernanda Ortuño, Agustina Bernal-Vicente, Pedro Diaz-Vivancos, Maria Jesus Sanchez-Blanco y Jose Antonio Hernandez, investigadores de los Grupos de “Biotecnología de Frutales” y de “Riego” del CEBAS-CSIC y de la Cátedra UCAM-Santander “Emprendimiento en el Ámbito Agroalimentario”.

foto 2 premio

De izq a dch: Maria Fernanda Ortuño; José A. Hernández; Jose R. Acosta Motos; M. Jesús Sánchez Blanco; Pedro Días Vivancos y Agustina Bernal Vicente.

A fecha de hoy (27de Julio de 2018) el trabajo ha recibido 37 citas en “Google Académico” y 17 citas en la Web of Science.

Agronomy es una revista de la editorial MDPI de reciente creación y que ha sido incluida por primera vez en el Journal Citation Report en 2017, apareciendo en el segundo cuartil en las áreas de Agronomy y de Plant Science con un índice de impacto de 1,419.

certificado premio Agronomy

En este trabajo, los autores describen los mecanismos adaptativos que las plantas pueden implementar para hacer frente al estrés salino. Las plantas tolerantes al NaCl ponen en marcha una serie de adaptaciones para aclimatarse a la salinidad, incluidos cambios morfológicos, fisiológicos y bioquímicos. Estos cambios incluyen aumentos en la relación raíz/parte aérea y en el contenido de clorofila además de cambios en la anatomía de la hoja que finalmente conducen a prevenir la toxicidad iónica en hojas, manteniendo el estado hídrico de la hoja para limitar la pérdida de agua y proteger el proceso de fotosíntesis. Además, se explica el efecto del estrés salino sobre la fotosíntesis y la fluorescencia de la clorofila y se exponen algunos de los mecanismos bioquímicos que pueden protegen la maquinaria fotosintética, incluido los mecanismos antioxidantes, el ciclo de las xantofilas, la fotorrespiración y el ciclo agua-agua. Finalmente, los autores hacen una discusión actualizada sobre el estrés oxidativo inducido por la salinidad a nivel subcelular y su efecto sobre los mecanismos  antioxidantes tanto en plantas tolerantes como en plantas sensibles a la salinidad.


Deja un comentario

LA EVOLUCIÓN DEL METABOLISMO DE LAS ESPECIES REACTIVAS DEL OXÍGENO (Parte II)

Red de Regulación Génica por ROS

Un trabajo reciente revisa la aparición de la red de regulación génica por especies reactivas del oxígeno (ROS) en organismos. Según los autores (Inupakulika et al 2016), esta red se originó hace unos 3500-4100 millones de años, previo al gran evento de oxidación que tuvo lugar tras la aparición de las cianobacterias en el planeta Tierra.

La red de regulación génica por ROS incluye a todos aquellos genes que codifican proteínas que detoxifican ROS como a proteínas que producen ROS. En Arabidopsis esta red génica parece estar compuesta por 150 genes, e incluye (Mittler et al 2004):

  • Genes que codifican Fe-, Mn-, y Cu,Zn-SODs [secuestradores de radicales superóxido (O2.-)].
  • Ascorbato peroxidasas (APXs), Catalasas (CATs), glutatión peroxidasas (GPXs), peroxirredoxinas (PRXR) y otras peroxidasas, que secuestran H2O2.
  • Monodeshidroascorbato reductasa (MDHAR), Deshidroascorbato reductasa (DHAR) y Glutatión Reductasa (GR), que participan en el reciclaje de las formas reducidas del ascorbato (ASC) y del glutatión (GSH), usados en la eliminación de O2.- y H2O2.
  • Tiorredoxinas y glutarredoxinas, que participan en reacciones redox
  • NADPH oxidasas, incluyendo las RBOHs (Respiratory burst oxidase homologs). Se han descrito 10 RBOHs en Arabidopsis
  • Diferentes enzimas que generan ROS: xantina oxidasas, glicolato oxidasas, oxalato oxidasas.
  • Proteínas relacionadas con la síntesis de moléculas antioxidantes (ASC, GSH, α-tocoferol, carotenoides, flavonoides y otros compuestos fenólicos.
  • Proteínas y enzimas que controlan los niveles de Fe en las células (el Fe2+ puede reaccionar con H2O2 para formas radicales hidroxilo (.OH) (reacción de Fenton). Proteínas tales como la ferritina, sistemas de absorción de Fe, proteínas Fe-S son importantes para evitar que exista Fe libre, por lo que son muy importantes para proteger frente a la formación de ROS.
  • Proteínas y factores de transcripción implicados en el metabolismo de ROS.

Es posible que el número de genes de la red de regulación génica por ROS pueda exceder de 250-300 si se tiene en cuenta también genes de regulación, biosíntesis, reparación degradación, absorción y genes reparadores (Mittler et al 2004).

Fig 4 ciclo ASC-GSH

 Ciclo Ascorbato-Glutatión (ASC-GSH) presente en diferentes compartimentos celulares en células vegetales.

sod

Reacción enzimáticas de las SODs

 

Bibliografía

Inupakutika MA, Sengupta S, Devireddy AR, Azad RK, and Mittler R (2016) The evolution of reactive oxygen species metabolism. J.  Exp. Bot. 21, 5933–5943.

Mittler R, Vanderauwera S, Gollery M, Van Breusegem F. 2004. Reactive oxygen gene network of plants. Trends in Plant Science 9, 490–498.


Deja un comentario

LA EVOLUCIÓN DEL METABOLISMO DE LAS ESPECIES REACTIVAS DEL OXÍGENO (Parte I)

(José A. Hernández Cortés, Grupo de Biotecnología de Frutales, CEBAS-CSIC)

Las especies reactivas del oxígeno (ROS; O2.-, H2O2, .OH, 1O2) son formas parcialmente reducidas o excitadas del oxígeno atmosférico que pueden reaccionar con diferentes componentes celulares, incluyendo macromoléculas esenciales, como proteínas, lípidos o el ADN. En plantas, los principales compartimentos generadores de ROS son (Corpas 2015; Mignolet-Spruyt et al 2016):

  • los cloroplastos, que principalmente produce O2.-, H2O2, .y 1O2 como subproductos de la fotosíntesis;
  • las mitocondrias, que principalmente produce O2.- y H2O2, como subproductos de la respiración;
  • los peroxisomas, que principalmente producen H2O2 como subproducto de la fotorrespiración y de la β-oxidación de ácidos grasos, y O2.- como subproducto del metabolismo de las purinas;
  • y el apoplasto, que produce O2.- y H2O2 como moléculas señalizadoras por la acción de las NADPH oxidasas (denominadas también RBOH, respiratory burst oxidase homolog), peroxidasas y supexóxido dismutada (SOD).

 

Principales productores de ROS

Principales compartimentos generadores de ROS en las células vegetales. Modificado a partir de Hernández et al 2016

 

Aunque las ROS son consideradas como subproductos tóxicos del metabolismo aerobio que deben ser eliminados para prevenir daños celulares, estudios recientes han demostrado que las ROS son empleadas como moléculas señalizadoras, y que incluso es necesario un nivel basal de ROS para sustentar la vida (Mittler 2016). En este sentido, los niveles de ROS han de mantenerse por debajo de un nivel citotóxico, de modo que le permita funcionar de forma segura como moléculas traductoras de señales que puedan mediar diferentes procesos en las células, incluyendo la regulación de rutas metabólicas, procesos fisiológicos tales como el control del cierre estomático, activación de respuestas de aclimatación a estreses abióticos, o de respuesta frente a patógenos, activación de programas de desarrollo y la coordinación de respuestas sistémicas frente a estimulas ambientales (Revisado en Inupakutika et al 2016).

Debido a que las ROS pueden afectar el estado de oxidación de muchas proteínas (oxidando residuos de Cys o de Met), pueden alterar su función y afectar la actividad de varias cascadas de fosforilación, así como a factores de transcripción y de otras proteínas reguladoras. Este proceso se denomina ‘biología redox’ actuando como un sistema de comunicación entre ROS y los diferentes procesos biológicos que controlan.

La producción de ROS está muy unida a cambios en los niveles celulares de Ca2+, a la función de diferentes receptores, hormonas vegetales, eventos de fosforilación etc…Todo ello lleva a pensar que la vida en la tierra probablemente evolucionó en presencia de las ROS (Mittler 2016¸ Inupakutika et al 2016). Por lo tanto, es muy probable que ROS aparecieran en la Tierra junto con las primeras moléculas de oxígeno atmosférico hace unos 2.400 a 3.800 millones de años, siendo un compañero constante de la vida aeróbica desde entonces (Mittler 2016).

 

Bibliografía

Corpas FJ (2015) What is the role of hydrogen peroxide in plant peroxisomes? Plant Biology 17 1099–1103.

Hernández et al (2016) Oxidative stress and antioxidative responses in plant-virus interactions. Physiol Mol Plant Pathol 64, 134-148.

Inupakutika MA, Sengupta S, Devireddy AR, Azad RK, and Mittler R (2016) The evolution of reactive oxygen species metabolism. J.  Exp. Bot. 21, 5933–5943.

Mignolet-Spruyt et al (2016) Spreading the news: subcellular and organellar reactive oxygen species production and signaling. J. Exp. Bot. 67, 3831–3844.

Mittler R (2016) ROS Are Good. Trends in Plant Science, January 2017, Vol. 22, 11-19.


Deja un comentario

V EDICIÓN DEL CONGRESO IDIES

Mañana martes, 26 de Junio de 2018, se celebrará una nueva edición del Congreso IDIES. En esta edición se presentarán 41 trabajos realizados por alumnos de primero de bachillerato de los IES: Domingo Valdivieso de Mazarrón, Juan Carlos I, Floridablanca, Infante Juan Manuel, de Murcia, IES Alcántara y Sanje de Alcantarilla, Las Salinas del Mar Menor, Ruiz de Alda de San Javier, y el IES Salvador Sandoval de las Torres de Cotillas. Los trabajos han estado dirigidos por investigadores del CEBAS-CSIC, de las Universidades de Murcia, la Politécnica de Cartagena y la Miguel Hernández de Orihuela y el IMIDA.

 

v idies

La presentación del Congreso se llevará a cabo en el Centro Social de la UMU a las 9,00.  Los trabajos de investigación se expondrán como comunicaciones orales y en sesión de posters. Al finalizar el evento, se entregará a todos los alumnos un diploma y un libro de actas del congreso por parte de la Academia de Ciencias de la Región de Murcia.

Programa 2018 (19j)


Deja un comentario

UN TRABAJO DEL GRUPO DE BIOTECNOLOGÍA DE FRUTALES DEL CEBAS-CSIC ES EL MÁS CITADO EN LA REVISTA AGRONOMY

Un trabajo del Grupor de Biotecnología de Frutales del CEBAS-CSIC es la publicación más citada de los últimos dos años en la revista Agronomy, de la editorial MDPI (Multidisciplinary Digital Publishing Institute, Basel, Switzerland). Se trata de la revisión “Plant Responses to Salt Stress: Adaptive Mechanisms” escrita por los investigadores Jose Ramón Acosta-Motos, Maria Fernanda Ortuño, Agustina Bernal-Vicente, Pedro Diaz-Vivancos, Maria Jesus Sanchez-Blanco y Jose Antonio Hernandez, investigadores de los Grupos de “Biotecnología de Frutales” y de “Riego” del CEBAS-CSIC.

El trabajo apareció publicado online el pasado 23 de Febrero de 2017. Es decir hace tan sólo 13 meses En ese corto espacio de tiempo, el trabajo aparece citado en 12 ocasiones en la base de datos CrossRef, 24 veces en Google Scholar y 9 veces en la Web of Science y ha sido visitado por unos 5500 lectores de todo el mundo.

En este trabajo, los autores describen los mecanismos adaptativos que las plantas pueden implementar para hacer frente al estrés salino (Ver Figura 1). Las plantas tolerantes al NaCl ponen en marcha una serie de adaptaciones para aclimatarse a la salinidad, incluidos cambios morfológicos, fisiológicos y bioquímicos. Estos cambios incluyen aumentos en la relación raíz/parte aérea y en el contenido de clorofila además de cambios en la anatomía de la hoja que finalmente conducen a prevenir la toxicidad iónica en hojas, manteniendo el estado hídrico de la hoja para limitar la pérdida de agua y proteger el proceso de fotosíntesis. Además, se explica el efecto del estrés salino sobre la fotosíntesis y la fluorescencia de la clorofila y se exponen algunos de los mecanismos que pueden protegen la maquinaria fotosintética, incluido el ciclo de las xantofilas, la fotorrespiración y el ciclo agua-agua. Finalmente, los autores hacen una discusión actualizada sobre el estrés oxidativo inducido por la salinidad a nivel subcelular y su efecto sobre los mecanismos  antioxidantes tanto en plantas tolerantes como en plantas sensibles a la salinidad.

A

figure sensible

B

figure tolerante

Figura 1:

Esquema que muestra el efecto de la salinidad en plantas sensibles (A) y tolerantes (B) a la salinidad. El estrés salino produce una disminución importante en el crecimiento de las plantas sensibles, especialmente en relación con la parte aérea. La acumulación de iones fitotóxicos en las hojas resulta en un desequilibrio de nutrientes que se refleja particularmente en la disminución de K y Ca. La salinidad perturba las relaciones hídricas de la planta, lo que conduce a un descenso en el contenido relativo de agua en las hoja (RWC) y en el potencial hídrico de la hoja (ψl). El estrés salino afecta la tasa de fotosíntesis (PN) por las limitaciones estomáticas y no estomáticas. En paralelo tiene lugar un descenso en el contenido de clorofila y en los parámetros de fluorescencia de clorofilas. Además, se produce un estrés oxidativo a nivel subcelular por efecto de la salinidad. En plantas sometidas a estrés salino, la síntesis de etileno y ABA aumenta, pero se produce una disminución en ácido indolacético (IAA) y de citoquininas (CK) que favorece la progresión de la senescencia en las hojas. El daño al cloroplasto es un aspecto importante del efecto de la salinidad, acompañado de la acumulación de almidón. La acumulación de sales en la zona de la raíz provoca una disminución del potencial osmótico, el potencial hídrico de la raíz (ψr) y la conductividad hidráulica de la raíz (Lp), disminuyendo el agua disponible en la zona de la raíz y provocando un desequilibrio de nutrientes en las raíces.

En las plantas tolerantes a la sal, el crecimiento de la planta se ve menos afectado. La exclusión de sales y la compartimentación salina en vacuolas y la acumulación de osmolitos son mecanismos importantes para la tolerancia a la sal. PN y la conductancia estomática (gs) también se ven afectados en las especies tolerantes a la sal, y un aumento en la relación PN/gs (uso eficiente del agua; WUEi) indica un mejor rendimiento fotosintético.  En general, las especies tolerantes a la salinidad muestran mayores aumentos en la inducción y/o en los niveles constitutivos de ciertas defensas antioxidantes que las plantas sensibles a la sal. En general, las especies tolerantes responden aumentando el grosor de la hoja y la suculencia. Las modificaciones anatómicas en las hojas también incluyen un aumento en el parénquima en empalizada y espacios intercelulares y una disminución en el parénquima esponjoso, que sirve para facilitar la difusión de CO2 en una situación de abertura estomática reducida. En la zona de la raíz, la acumulación de iones tóxicos también provoca una disminución en el potencial osmótico de la raíz. En general, en especies tolerantes tienen lugar un aumento en la densidad de las raíces que favorecen la retención de iones tóxicos en las raíces, limitando la acumulación de estos iones en dicho órgano. Finalmente, es bien sabido que tanto la presencia de hongos micorrízicos arbusculares (HMA) como los portainjertos tolerantes a la sal producen un efecto sinérgico que puede aliviar los efectos negativos del estrés salino.

foto TEsis

Pedro_Tina_Mafer

José A. Hernández; José Ramón Acosta y María Jesús Sánchez Blanco (arriba).

Agustina Bernal, Pedro Diaz Vivancos y María Fernanda Ortuño (foto inferior)

 

PARA MAS INFORMACIÓN:

Acosta-Motos et al Agronomy 2017