Análisis molecular de un mutante marcado de Arabidopsis thaliana tolerante a estrés ácido intracelular

Abstract

[ES] El estrés abiótico es uno de los factores que más influyen en la productividad de los cultivos alimenticios y limita significativamente los suelos destinados a ellos. Condiciones como la salinidad, sequía y altas temperaturas, ocasionan en las células vegetales efectos propios para cada tipo de estrés o efectos comunes, tales como el estrés osmótico, estrés oxidativo o estrés ácido intracelular, en el cual a diferencia de los dos primeros no se dispone de mucha información; por tanto es en este tipo de estrés en el que se centra el presente trabajo. No debe confundirse el estrés ácido intracelular con el ocasionado por el crecimiento de las plantas en suelos ácidos, ya que en éstos se presentan problemas de fitotoxicidad por aluminio o manganeso, y la indisponibilidad de nutrientes como los fosfatos. Asimismo el crecimiento en suelos ácidos involucra una acidificación del medio externo lo cual no siempre viene acompañado de una acidificación intracelular. El punto de partida de este trabajo ha sido la obtención de una línea mutante (C20), por activación transcripcional, resistente el estrés ácido intracelular generado por ácidos orgánicos débiles como el acético. Se ha determinado la dominancia del fenotipo de tolerancia a ácido acético y la correlación entre éste y la presencia de T-DNA en la progenie F2 de un cruce entre el mutante C20 y la línea silvestre Columbia. Se ha localizado el punto de inserción del T-DNA mediante rescate plasmídico y los activadores transcripcionales 35S se encuentran cerca del gen At5g59120, que resulta sobre-expresado en el mutante. Este gen codifica una proteasa de serine llamada SUBTILASA 4.13 o SBT4.13. Esta proteasa contiene un péptido señal en su extremo N-terminal y por tanto puede ser secretada o localizarse en compartimentos intracelulares. Aunque la recapitulación del fenotipo en plantas transgénicas aún no ha sido completada, es muy probable que la sobre-expresión de SBT4.13 mejore la homeostasis del pH intracelular por un mecanismo desconocido, quizás procesando algún transportador de protones.

[EN] Abiotic stress is one of the most important factors determining the yield of food crops and it restrings the range of soils useful for agricultural production. Conditions such as salinity, drought and high temperatures cause in vegetable cells both specific and common effects such as water stress, oxidative stress or intracellular acid stress. There is not much information about intracellular acid stress, that is the subject of the present work. Intracellular acid stress is different from external or soil acidification, where there are phytotoxicity problems generated by solubilization of aluminum and manganese and unavailability of nutrients such as phosphate. Also, external acid pH does not always correlates with intracellular acidification. The present work starts with a mutant line (C20) of Arabidopsis obtained by ¿activation tagging¿ and exhibiting increased tolerance to intracellular acid stress generated by weak organic acids. We have determined that the mutation in C20 is dominant and correlates in the F2 progenies (of crosses with wild type Columbia) with the presence of T-DNA. Plasmid rescue identified the insertion site of the T-DNA with the 35S enhancers close to the gene At5g59120, which is over-expressed in the C20 mutant. This gene encodes a serine protease of the subtilisin family named SUBTILASE 4.13 or SBT4.13. This protease contains a signal peptide at the N-terminus and therefore can be either secreted or located in internal cellular compartments. Although recapitulation of the phenotype in transgenic plants is not yet completed, it is very likely that over-expression of SBT4.13 improves pH homeostasis by some unknown mechanism, perhaps processing some proton transporter.

[CA] L¿estrés abiòtic és un dels factors que més influeixen en la productivitat dels conreus alimentaris i limiten de manera significativa els sols destinats a ells. Condicions com la salinitat, sequia i altes temperatures, ocasionen a les cèl·lules vegetals efectes propis per a cada tipus d¿estrés o efectes comuns, tals com l¿estrés osmótic, estrés oxidatiu o estrés àcid intracel·lular. Aquest, a diferència dels dos primers, no es disposa de molta informació, per tant és en aquest tipus d¿estrés en el que es centra el present treball. No deu confondre¿s l¿estrés àcid intracel·lular amb l¿ocasionat pel creixement de les plantes en sols àcids, ja que en aquests es presenten problemes de fitotoxicitat per alumini o manganès, i la no disponibilitat de nutrients tals com els fosfats. De la mateixa manera, el creixement en sols àcids suposa una acidificació del medi extern, i tal cosa no sempre ve acompanyada d¿una acidificació intracel·lular. El punt de partida d¿aquest treball ha estat l¿obtenció d¿una línea mutant (C20), per activació transcripcional, resistent a l¿estrés àcid intracel·lular generat per àcids orgànics dèbils com l¿àcid acètic. S¿ha determinat la dominància del fenotip de tolerància a àcid acètic i la correlació entre aquest i la presència del T-DNA en la generació F2 d¿un creuament entre el mutant C20 i la línea silvestre Columbia. S¿ha localitzat el punt d¿inserció del T-DNA mitjançant la técnica del rescat plasmídic i els activadors transcripcionals 35S es troben a prop del gen At5g59120, que resulta sobreexpresat en el mutant. Aquest gen codifica una proteasa de tipus serina anomenada SUBTILASA 4.13 o STB4.13. Aquesta proteasa conté un pèptid senyal al seu extrem N-terminal i per tant pot ser excretada o localitzar-se en compartiments intracel·lulars. Tot i que la recapitulació del fenotip en plantes transgèniques encara no ha estat completat, és molt probable que la sobreexpresió SBT4.13 millore la homeostasis del pH intracel·lular mitjançant un mecanisme desconegut, es possible que processant algun transportador de protons.