Manipulación de la ruta metabólica de poliaminas en Arabidopsis: Implicaciones en el desarrollo y las respuestas a estrés. A. F.

Transcripción

1 Manipulación de la ruta metabólica de poliaminas en Arabidopsis: Implicaciones en el desarrollo y las respuestas a estrés A. F. Tiburcio

2 Estructura química de las PAs Putrescina Espermidina Espermina

3 Función de las PAs en plantas Desarrollo vegetal Respuestas a estrés División Diferenciación Morfogénesis Senescencia Abiótico Biótico Mecanismos moleculares desconocidos

4 Ruta biosintética de las PAs Arabidopsis thaliana Arginina Ornitina ADC ODC Agmatina AIH NCP CPA Put SPDS SAM SAMDC SAMdc Spd SPMS Spm

5 Ruta biosintética de las PAs Arginina Arabidopsis thaliana ADC1 ADC2 Agmatina SAM AIH SAMDC1 SAMDC2 SAMDC3 NCP SAMdc CPA Put Spd SPDS1 SPDS2 SPMS ACL5 Spm

6 Manipulación genética de la ruta Arginina Arabidopsis thaliana ADC1 ADC2 Agmatina SAM AIH SAMDC1 SAMDC2 SAMDC3 NCP SAMdc CPA Put Spd SPDS1 SPDS2 SPMS ACL5 Spm

7 Manipulación genética de la ruta Arginina Arabidopsis thaliana ADC1 ADC2 Agmatina SAM AIH SAMDC1 SAMDC2 SAMDC3 NCP SAMdc CPA Put Spd SPDS1 SPDS2 SPMS ACL5 Spm

8 Sobre-expresión de ADC2 2x35s CaMV ADC2 pa Col0 T0 T1 T2 ADC2

9 Actividad ADC y Poliaminas totales ADC Col0 T3 x32 Actividad ADC x12 x8 X2,5 x12 Poliaminas Totales x6 x2 x4

10 Putrescina (Libre y conjugada) Línea PUTRESCINA (nmol/g PF) Libre SH PH Total ,9± 19,5 586,3± 25,0 78,4± 14,6 901, ,7± 5,0 158,7± 3,4 55,4± 3,0 437, ,5± 9,4 10,6± 1,6 53,3± 3,6 295, ,6± 0,1 11,3± 0,5 50,5± 4,5 129,42 Control 16,9± 0,7 13,8± 1,8 41,4± 1,8 72,19 SH: Put conjugada a ácidos hidroxicinámicos PH: Put conjugada a componentes insolubles

11 Homeostasis en la biosíntesis de PAs ARG ADC2 AGMATINA PUT PUT SH PUT SPD SPM ALTERACIONES DESARROLLO SAMDC SPDS

12 Enanismo C

13 Retraso en la floración C Nº hojas floración

14 Desarrollo floral C C

15 Desarrollo vascular C 9.12

16 Reversión de fenotipo por aplicación de GA GA GA 3

17 Reversión de fenotipo por aplicación de GA3 C-GA3 C+GA3 2.1-GA3 2.1+GA3

18 Niveles de GAs GA19 GA20 GA1 GA8 GA9 GA4 Control 0,75 0,23 0,04 10,3 0,05 1, ,93 trazas n.d. 16,6 n.d. 0, ,75 0,15 n.d. 11,3 n.d. 0, ,51 0,08 n.d. n.d. n.d. 0, ,14 0,24 n.d. 24,5 n.d. 1,20

19 Expresión de genes dioxigenasas Expresión relativa 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 0 AtGA20ox1 AtGA3ox1 AtGA2ox C

20 Mecanismo de acción Putrescina AtGA20ox1,? AtGA3ox1 AtGA2ox1 GA1 + GA4 Crecimiento secundario del xilema Elongación Floración

21 Inducción de ADC2 por estrés abiótico AtADC2 AtADC1 Hojas +Buffer +Sorbitol Inducible por estrés osmótico, salino y daño mecánico (Soyka & Heyer 1999; Pérez-Amador et al., 2002, Urano et al., 2003)

22 Mayor tolerancia al estrés hídrico Plantas de 7 semanas sin riego durante 2 semanas Col (x42) 159 (x11) 11 Niveles de Put conjugada SH (nmol/g p.f.)

23 Manipulación genética de la ruta Arginina Arabidopsis thaliana ADC1 ADC2 Agmatina SAM AIH SAMDC1 SAMDC2 SAMDC3 NCP SAMdc CPA Put Spd SPDS1 SPDS2 SPMS ACL5 Spm

24 Manipulación genética de la ruta Arginina Arabidopsis thaliana ADC1 ADC2 Agmatina SAM AIH SAMDC1 SAMDC2 SAMDC3 NCP SAMdc CPA Put Spd SPDS1 SPDS2 SPMS ACL5 Spm

25 Sobre-expresión expresión de SAMDC1 35s CaMV AtSAMDC1 pa S3 S9 S15 Col0

26 Sobreproducción de Spm Acttividad SAMDC ( nmol CO 2 /h/mg prot) Col 0 S3 S9 S15 Spm 6 46 (x7) 96 (x16) 50 (x8) ng/gpf

27 Mayor tolerancia al estrés salino Col 0 S3 S3 S9 S15 Plantas de 4 semanas tratadas con 250 mm ClNa (10 días)

28 Niveles de ABA y expresión de AtNCED Caroteno Zeaxantina Violoxantina Neoxantina NCED ng ABA/g peso fresco NIVELES DE ABA Col 0 S3 S9 S15 Col 0 S3 S9 S15 - Sal + Sal Xantosina ABA-aldehido Col0 S3 S9 S15 NCED ,2 3 ABA + Sal

29 Mecanismo de acción Espermina AtNCED3? ABA Tolerancia a estrés salino

30 Metareguloma ADC Arginina Metionina SAMsyn SAMDC SAM ACCsyn ACC ACCoxid Etileno dcsam Putrescina SPDS Espermidina SPMS Espermina

31 Metareguloma Arginina ADC G3P+piruvato DXS DXP DXR Metionina SAMsyn SAMDC SAM ACCsyn ACC ACCoxid Etileno dcsam Putrescina SPDS Espermidina SPMS Espermina MEP CMS CDP-ME CMK CDP-MEP MCS ME-cPP HDS HMBPP IDS IPP DMAPP IDI GPS isopreno Giberelinas GGPS GPP GGPP monoterpenos tocoferol ABA clorofilas plastoquinonas

32 Metareguloma Arginina ADC G3P+piruvato DXS DXP DXR Metionina SAMsyn SAMDC SAM ACCsyn ACC ACCoxid Etileno dcsam Putrescina SPDS Espermidina SPMS Espermina MEP CMS CDP-ME CMK CDP-MEP MCS ME-cPP HDS HMBPP IDS IPP DMAPP IDI GPS isopreno Giberelinas GGPS GPP GGPP monoterpenos tocoferol ABA clorofilas plastoquinonas

33 Metareguloma Metionina SAM ACC Etileno SAMsyn ACCsyn SAMDC ACCoxid dcsam ADC Putrescina SPDS SPMS Arginina Espermidina Espermina Regulación de redes metabólicas generadoras de RCVs G3P+piruvato DXS DXP DXR MEP CMS CDP-ME CMK CDP-MEP MCS ME-cPP HDS HMBPP IDS IPP DMAPP isopreno IDI GPS GGPS GPP monoterpenos GGPP Giberelinas tocoferol ABA clorofilas plastoquinonas

34 ADC2 R. Alcázar (UB) J.C. Cuevas (UB) M. Patrón (UB) A. Ferrando (UB) T. Altabella (UB) A.F. Tiburcio (UB) SAMDC1 E. Busó (UV) F. Marco (UV) P. Carrasco (UV) GAs J.L. García-Martínez (IBMCP-Valencia) $$ CICyT: BIO C02-01/02 EU-QLK5-CT

35

36 Conjugación de la Put a los ácidos hidroxicinámicos H 2 N- (CH 2 )- NH 2 + Putrescina O OH O OH O C C C OH OH OMe OH OH OH Cumárico Caféico Ferúlico Cumaroil-Put Cafeoil-Put Feruroil-Put Di-p-cumaroil-Put Di-cafeoil-Put Di-feruroil-Put

37 Efectos de la putrescina en el desarrollo Putrescina? Auxinas, GAs, Brasinosteroides Elongación del tallo Floración Desarrollo del tejido vascular

38 Conclusiones 1. Mediante sobre-expresión de ADC2 en Arabidopsis se ha demostrado que la Put, a través de su acción sobre el metabolismo de GAs, es un efector negativo de importantes procesos del desarrollo. 2. La conjugación de la Put a los ácidos hidroxinámicos confiere una mayor tolerancia al estrés hídrico. 3. Mediante sobre-expresión de SAMDC1 en Arabidopsis se ha demostrado que la Spm, a través de su acción sobre la biosíntesis de ABA, confiere una mayor tolerancia al estrés salino.

39 Expresión diferencial e inducción por estrés salino mm NaCl 10h padc1::gus padc2::gus (Urano et al. 2003)

40 El mutante adc-2 es más sensible a estrés salino medio MS 150 mm NaCl 150 mm NaCl+2mM Put a a a b b b c c c a: wt b: control c: adc-2 (Urano et al. 2003)

41 Sobre-expresión de tobspds en Arabidopsis Col-0 SPDS B4 100 mm NaCl