Las poliaminas como moduladoras de la respuesta a estrés osmótico. El género Lotus como modelo de estudio
Resumen
En este trabajo se presentan evidencias que avalan la hipótesis de que la
sobreexpresión del gen de arginina descarboxilasa (ADC) incrementa los niveles
endógenos de poliaminas (PAs) favoreciendo la tolerancia de Lotus tenuis a estrés
osmótico.
En una primera etapa, se desarrolló un sistema de regeneración basado en el
cultivo in vitro de láminas foliares a partir del cual se elaboró un procedimiento de
transformación indirecta mediada por Agrobacterium tumefaciens, obteniéndose varias
líneas transgénicas portadoras de la secuencia de arginina descarboxilasa bajo el control
del promotor RD29A (RD29A::oatADC); las que resultaron fértiles, capaces de producir
semillas y no presentaron alteraciones fenotípicas en relación al genotipo salvaje en
condiciones óptimas de crecimiento. Posteriormente, se evaluó la funcionalidad de la
expresión génica mediante la imposición de estrés hídrico y salino a plantas enteras que
crecían en macetas bajo condiciones ambientales controladas determinándose que: 1) El
gen promotor RD29A es capaz de dirigir la expresión del gen gus en tallos y hojas de
plantas sujetas a condiciones de estrés osmótico (sequía, salinidad ó frío). 2) Las plantas
transgénicas ADC expresaron actividad de la enzima arginina descarboxilasa en
situaciones osmóticas desfavorables y presentaron acumulación de putrescina libre
inducible por sequía. 3) Como resultado de una mayor actividad enzimática ante
condiciones de déficit hídrico, éstas presentaron un mayor contenido relativo de agua en
sus brotes respecto al genotipo salvaje, denotándose un elevado ajuste osmótico y
modificación del destino de los fotoasimilados favoreciendo el crecimiento de raíces en
desmedro de la parte aérea. 4) Las plantas ADC presentaron una mejor performance en
condiciones de salinidad, observándose un menor contenido de Na+ en raíces
(acumulándose principalmente en hojas) concurrentemente con un incremento
significativo del nivel de K+; hecho por el cual, la relación Na+/K+ en este órgano se
mantuvo prácticamente invariable, contribuyendo a una menor abscisión foliar, mayor
brotación y crecimiento radicular.
A partir de los resultados obtenidos tres líneas de evidencia confirman la
hipótesis inicial y apoyan las siguientes hipótesis parciales. Que las PAs están
involucradas en el mecanismo de defensa de la planta ante situaciones de estrés hídrico
y salino. Que las PAs en tales circunstancias mejoran el estado hídrico en células y
tejidos de la parte aérea y controlan la homeóstasis iónica en el ámbito de las raíces.
Que las PAs modifican la relación fuente/destino favoreciendo el crecimiento y
desarrollo de raíces. This study was performed in Lotus tenuis and presented evidences which support
the hypothesis that polyamines (PAs) improve the tolerance to osmotic stress.
In the first step, a protocol for the production of transgenic plants was developed
for Lotus tenuis via Agrobacterium-mediated transformation of leaf segments cocultivated
with an strain harbouring either the binary vector pBi RD29A:oat arginine
decarboxylase (ADC) or pBi RD29A:GUS. Transgenic plants were shown to be fertile,
capable of producing seeds and showed no phenotypic alterations in relation to
untransformed plants. Subsequently, with the aim to determine the functionality of the
gene expression, several plants were subject to either water or salt stress under
controlled environmental conditions. The GUS transgenic line driven by the RD29A
promoter showed that strong signals of osmotic stress were detected in leaves and stem
tissues. The increase in the activity of arginine decarboxylase from stressed ADC lines
was accompanied by a significant rise in the putrescine level under drought. The
transgenic plants improved the relative water content of the leaves showed a higher
osmotic adjustment respect to the wild type and enhanced the growth and development
of roots. Furthermore, the salt stressed ADC-lines revealed a lesser amount of Na+
content in the roots concomitantly with a substantial increase of K+ level keeping stable
the Na+/K+ ratio.
From these results, three sorts of evidences confirm the initial hypothesis and
support the following partial ones. First, that PAs are involved in the plant mechanisms
of tolerance to drought and salt stress. Second, that PAs improve the relative water
content in leaves subject to dehydration and recover the Na+/K+ ratio in the roots of salt
stressed plants. Third, that PAs altered the sink-source relationship under both stresses
lead to enhance the root system.
Colecciones
- Tesis doctoral [27]