Análisis funcional y genético de la entrada de na+ en la raíz y de la tolerancia a la salinidad en arabidopsis thaliana
- Autores: Rocío Álvarez Aragón
- Directores de la Tesis: Begoña Benito Casado (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Palacios Alberti (presid.), Francisco Rubio Muñoz (secret.), José Ramos Ruiz (voc.), Lourdes Rubio Valverde (voc.), Francisco Javier Quintero Toscano (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biotecnología y Recursos Genéticos de Plantas y Microorganismos Asociados por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
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- Resumen
En las próximas décadas habrá que duplicar la producción actual de alimentos para poder abastecer a la población. Sin embargo, una agricultura productiva no es compatible con la salinización de los terrenos ya que la mayor parte de las plantas cultivadas son sensibles al NaCl, incluso a concentraciones moderadas. Este problema se agrava con la mala calidad de las aguas de regadío, cada vez más salinas, que intensifican la salinización de los suelos y con el cambio climático que promueve la desertización de los terrenos originando la concentración de las sales. A pesar de enormes esfuerzos realizados, Poco se conoce sobre las causas de esta incompatibilidad, incluyendo el mecanismo de entrada de Na+ en la planta.
La intolerancia al NaCl de las plantas glicofitas se puede deber a dos causas, un efecto osmótico que lleva asociado un déficit hídrico debido a la disminución del potencial osmótico del suelo y un efecto tóxico que se asocia a daños por la acumulación del ión Na+ en las hojas. En este trabajo hemos estudiado los efectos del NaCl sobre la planta glicofita Arabidopsis thaliana en concentraciones de Na+ moderadas en las que la planta sobrevive, aunque se inhibe su crecimiento.
Usando mutantes en dos de los transportadores de Na+ más importantes (SOS1 y HKT1) y numerosas accesiones y líneas RILs, hemos encontrado que los efectos de toxicidad de Na+ pueden originarse tanto en raíz como en parte aérea y que, aunque hay accesiones que se intoxican e inhiben por Na+, esta no es la causa principal de la inhibición del crecimiento de Arabidopsis. Tampoco el estrés osmótico parece el causante principal de la inhibición en la planta, ya que en nuestras condiciones de salinidad no observamos un déficit hídrico en ninguna de las accesiones ensayadas. Sin embargo, sí varió el contenido en agua de las plantas expuestas a otros osmóticos no iónicos como azúcares. Creciendo en salinidad, la planta ajustó su potencial osmótico elevando el contenido de Na+ más K+. Este ajuste osmótico se observó también en plantas expuestas durante 24 h a condiciones de alta salinidad con un potencial osmótico de −1.0 MPa (400 mOsm). Dichas plantas moderaron la pérdida de agua elevando el contenido de sales Na+ y K+ y presentando un marchitamiento transitorio, al contrario que las plantas expuestas al mismo potencial osmótico, pero en forma de compuesto no iónico que no permite la acumulación de Na+ y que presentaron un marchitamiento permanente asociado a un notable défict hídrico.
Nuestros resultados sobre la entrada y acumulación de Na+ muestran que existe una dependencia del nitrato en la toma de Na+ por la raíz, y su translocación al xilema. Esta estimulación por nitrato varía entre las accesiones y entre especies relacionadas donde otros aniones como el sulfato, podrían suplir esa función. En esta vía de acumulación de Na+ proponemos la existencia de dos sistemas de transporte que trabajan en serie mediando la toma de Na+ del exterior y el paso a los vasos del xilema. Nuestros resultados muestran que en esta vía nitrato-dependiente de entrada de Na+ está implicado el transportador/regulador NRT1.1, bien mediando directamente el transporte de Na+ o bien regulando a otro sistema En nuestro intento por identificar al transportador principal responsable de la entrada de Na+, realizamos un análisis transcriptómico por RNA seq de la respuesta de Arabidopsis durante dicha entrada, ya que existía la posibilidad de que el transportador implicado estuviese regulado de manera transcripcional A pesar de que aún no hemos podido identificar al transportador que media dicha entrada, este análisis nos ha permitido identificar un canal de K+, SKOR, que parece estar implicado en la absorción y distribución de Na+ en nuestras condiciones.
Finalmente, un análisis comparativo con una especie halotolerante perteneciente a la misma familia que Arabidopsis, Eutrema salsugineum nos sugiere una novedosa función para el transportador SOS1 de Eutrema como transportador de K+. Este transportador, expresado de forma heteróloga en bacteria y levadura presenta una dependencia funcional del pH diferente a su homólogo SOS1 de Arabidopsis.
Nosotros pensamos que la toma de Na+ en la raíz y su acumulación en los tejidos cumplen la función primaria de un ajuste osmótico incluso si este proceso produce toxicidad a largo plazo. Aunque la acumulación de Na+ puede ser tóxica, existe una inhibición en el crecimiento de carácter general que tiene un origen desconocido y que podría ser una respuesta al estrés cuya naturaleza debe ser resuelta. Estas nociones implican la revisión del modelo actual de tolerancia a la salinidad para poder hacer frente al importante reto de conseguir cultivos más tolerantes al Na+.
