Estudio de la compartimentación celular en plantas modelo sometidas a estrés por aluminio

Abstract

El aluminio es el metal más abundante y tercer elemento en abundancia en la corteza terrestre. Es un importante factor que determina el crecimiento de los cultivos en suelos ácidos (pH<4.5, lo que significa aproximadamente el 40% de los suelos cultivables) debido a su alta solubilización y a su elevada disponibilidad para las plantas bajo estas condiciones. <br/>La inhibición del crecimiento radicular es uno de los primeros parámetros afectados por la exposición al aluminio.<br/>En nuestro estudio usamos 4 variedades de Phaseolus vulgaris y 2 de Zea mays de distinto origen para evaluar los efectos comparativamente tanto entre monocotiledóneas y dicotiledóneas como entre variedades de diferente procedencia.<br/>Se propone una nueva técnica para la definición de la tolerancia al metal en función a los daños en la permeabilidad de la membrana basándonos en los resultados de la tinción vital Los resultados muestran que la acumulación de aluminio en el apoplasto y los daños en la permeabilidad de la membrana son importantes factores que determinan la toxicidad del metal. Se clasifican las variedades en función a su tolerancia al metal, determinándose una relación origen-tolerancia en las variedades de maíz, relación que no se observó en las variedades de judía..<br/>Dada la importancia de la exudación de ácidos orgánicos como mecanismo de evitación frente a los efectos tóxicos del aluminio, se analizó el contenido de malato en la vacuola de las plantas, además de otros iones relacionados con este proceso e importantes para el metabolismo de la planta como NO3-, mediante electroforesis capilar y K y P, mediante microscopia de rayos X, y el calcio citoplasmático, usándose un fluorocromo específico para el catión (Fluo-3). Se observó un comportamiento diferencial entre las dos variedades de maíz estudiadas en este experimento en función a la formación de novo de malato, viéndose además un comportamiento del K muy relacionada con un papel de contraión. Los movimientos de NO3-, parecen un movimiento electrosmótico compensatorio y los de P una consecuencia de las alteraciones que provoca el aluminio en la planta. El calcio libre en ambas variedades muestra un comportamiento contrarío, de manera que parece que hay un mejor aprovechamiento del calcio citoplasmático por parte de la variedad más resistente.

Aluminium is the third most abundant metal in the Earth crust. It is an important factor limiting crop growth in acidic soils (pH<4.5, which means about 40% of the cropping lands) due to its high solubility and availability to plants under these conditions, being root growth inhibition one of the first affected parameters by exposure to Al.<br/>In our experiment we used four varieties of Phaseolus vulgaris and two of Zea mays from different origin to compare so the effects between monocotyledoneous and dicotyledoneous species as well as the effects between the different provenance.<br/>A new technique to define the potential tolerance to aluminium is proposed. This new technique takes into consideration the damage caused in the plasma membrane by aluminium using vital staining techniques. The experimental data showed that aluminium accumulation in the apoplast and permeability damages in the plasma membrane are very important factors in determining aluminium toxicity and let us to classify the cultivars according to its tolerance showing a close relation between the provenance and tolerance in Z. mays, which could not be seen in P. vulgaris.<br/>Considering the importance of organic acids efflux as an avoiding mechanism against the toxics effects of the metal, we analyzed vacuolar contents of several ions related to this mechanism e.g. NO3- (by capillary electrophoresis), K and P (by X ray microscopy) and cytoplasmic calcium (by staining with fluo-3).<br/>We saw a different behaviour between the two varieties of Z.mays in the induction of malate. Besides, K showed a behaviour compatible with being a counter ion in the organic acid efflux mechanism, while fluctuations in vacuolar P content seem to be a consequence of aluminium damage of cell metabolism.<br/>Nitrate movements seem to be an electro-osmotic behaviour to compensate the K transport outside the vacuole.<br/>Both varieties showed an opposed behaviour in the free calcium concentration due to a better optimization of calcium by the more tolerant variety.