Eventos de señalización celular y respuesta antioxidante en plantas de soja frente a arsénico

ARMENDARIZ, AL; TALANO MA,; WEVAR OLLER AL; VILLASUSSO AL; RACAGNI, G; AGOSTINI E

San Miguel de Tucumán

Simposio; X Simposio Nacional de Biotecnología REDBIO 2015; 2015

REDBIO

La soja (Glycine max) es una leguminosa de importancia económica a nivel mundial. En Argentina, frecuentemente se cultiva en suelos con alta concentración de arsénico (As) y, debido a su expansión hacia zonas desérticas, en ocasiones es regada con aguas subterráneas contaminadas con el metaloide. Estudios previos realizados en nuestro laboratorio mostraron que arseniato (AsV) o arsenito (AsIII) provocaron una disminución significativa en la biomasa radical y de la parte aérea, detectándose un efecto más severo en presencia de AsIII. Debido a ello, en el presente estudio nos propusimos: a) analizar la acumulación de As en el tejido vegetal, b) estudiar mecanismos de señalización, respuesta y tolerancia de las plantas frente al metaloide, en particular la expresión del gen (pcs1) de la enzima fitoquelatina sintasa (GmhPCS1), la respuesta del sistema antioxidante enzimático [peroxidasas (Px), ascorbato peroxidasas (APx) y superóxido dismutasa (SOD)] y la participación de los fosfolípidos en vías de transducción como mediadores de la señal frente a estrés por As. La acumulación de As en las plantas fue mayor cuando se trataron con AsIII, siendo más significativa la acumulación en raíz comparada con la parte aérea cuando se sometieron a 25 μM del metaloide. En raíces tratadas con As se determinó a través de qRT-PCR un aumento en la expresión del gen pcs1, a partir de las 6 h de tratamiento tanto con AsV como con AsIII (25 μM), aunque los valores de expresión resultaron significativos a partir de 12 h de tratamiento. Las raíces presentaron una eficiente respuesta antioxidante mostrando, luego de 5 días de exposición, un aumento significativo tanto en la actividad Px (24%) como SOD (32%) en aquellas plántulas tratadas con AsIII comparadas con el control. A diferencia de esto, la actividad APx fue inhibida (80%) en todas las condiciones luego de 2 y 5 días de tratamiento. Las actividades de las enzimas PIKs (fosfoinosítido quinasas), PAK (fosfatidato quinasa) y DGK (diacilglicerol quinasa), así como PLA (fosfolipasa A), fueron estimuladas por la presencia del metaloide, ya que las bandas correspondientes a PIP (fosfatidilinositol monofosfato), DGPP/LPA (diacilglicerol pirofosfato/ácido lisofosfatídico y PA (ácido fosfatídico) se observaron con mayor intensidad en las muestras tratadas con As, siendo el mayor aumento luego de 48 h de tratamiento. Parte del PA encontrado provendría de la vía PLD (fosfolipasa D), ya que se evidenció un aumento en la actividad de dicha enzima a partir de 12 h de exposición a AsIII, con un máximo de actividad luego de 48 h frente a ambas especies de As.En conclusión, el As actuaría a nivel de membrana plasmática como un inductor primario activando la síntesis de segundos mensajeros como el PA, siendo la ruta de los fosfoinosítidos (PLC/DGK) y PLD las principales vías de síntesis de este fosfolípido, el cual desempeñaría funciones claves en la activación de componentes de vías de señalización algunos de los cuales podrían inducir genes que codifican para enzimas antioxidantes (Px y SOD), responsables de la atenuación del estrés oxidativo causado por el metaloide. Una vez incorporado el As a la célula vegetal, se produciría la inducción del gen pcs1, codificante para la enzima fitoquelatina sintasa, dando lugar a una mayor síntesis de fitoquelatinas, las cuales quelarían al metaloide previa incorporación a vacuola, lo que explicaría la mayor acumulación de As en las raíces y su escasa translocación a la parte aérea, como mecanismo de tolerancia.