Manipulación de la ruta metabólica de poliaminas en Arabidopsis: Implicacionesen el desarrollo y las respuestas a estrés
A. F. Tiburcio
Estructura química de las PAs
Putrescina
Espermidina
Espermina
Función de las PAs en plantas
Desarrollo vegetal Respuestas a estrés
División
Diferenciación
Morfogénesis
Senescencia
Abiótico
Biótico
Mecanismos moleculares desconocidos
Ruta biosintética de las PAs
Put
Spd
NCP
Arginina
Agmatina
Ornitina
ADC ODC
SPDS
SAMdc
Spm
SPMS
SAMSAMDC
CPAAIH
Arabidopsis thaliana
Ruta biosintética de las PAsArabidopsis thaliana
Arginina
ADC1ADC2
Put
Spd
NCPAgmatina
Spm
SPDS1SPDS2
SPMSACL5
SAMdcSAMSAMDC1SAMDC2SAMDC3
CPAAIH
Manipulación genética de la rutaArabidopsis thaliana
ADC1ADC2
Put
Spd
NCP
Arginina
Agmatina
Spm
SPDS1SPDS2
SPMSACL5
SAMdcSAMSAMDC1SAMDC2SAMDC3
CPAAIH
Manipulación genética de la rutaArabidopsis thaliana
ADC1ADC2
Put
Spd
NCP
Arginina
Agmatina
Spm
SPDS1SPDS2
SPMSACL5
SAMdcSAMSAMDC1SAMDC2SAMDC3
CPAAIH
Sobre-expresión de ADC2
2x35s CaMV ADC2 pA
1 2 3 4 5 6 7 9 11 Col0 T0
T1
T2
ADC2
Actividad ADC y Poliaminas totales
ActividadADC
PoliaminasTotales
x12
x6x4
x2
1.3 2.1 3.6 4.11 7.2 9.12 11.1 Col0
x32
x12x8
X2,5
ADC2 T3
Putrescina (Libre y conjugada)
Línea PUTRESCINA (nmol/g PF)
Libre SH PH Total
2.1 236,9± 19,5 586,3± 25,0 78,4± 14,6 901,62
3.6 223,7± 5,0 158,7± 3,4 55,4± 3,0 437,81
9.12 231,5± 9,4 10,6± 1,6 53,3± 3,6 295,51
7.2 67,6± 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 hidroxicinámicosPH: Put conjugada a componentes insolubles
Homeostasis en la biosíntesis de PAs
SAMDCSPDS
ADC2
PUT
ARG AGMATINA
PUT SH SPD SPMPUT
ALTERACIONESDESARROLLO
Enanismo
2.1 3.6 9.12 7.2 C
Retraso en la floración
9.12
3.6
2.1
C
0 10 20 30 40 50 60 70
Nº hojas floración
Desarrollo floral
C 2.1 3.6 9.12
2.1 3.6 9.12C
Desarrollo vascular
C 9.12
Reversión de fenotipo por aplicación de GA3
9.12 + GA39.12 - GA3
Reversión de fenotipo por aplicación de GA3
C-GA3 C+GA3
2.1-GA3 2.1+GA3
Niveles de GAs
GA19 GA20 GA1 GA8 GA9 GA4
Control 0,75 0,23 0,04 10,3 0,05 1,242.1 0,93 trazas n.d. 16,6 n.d. 0,103.6 0,75 0,15 n.d. 11,3 n.d. 0,10
9.12 0,51 0,08 n.d. n.d. n.d. 0,047.2 0,14 0,24 n.d. 24,5 n.d. 1,20
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
AtGA20ox1 AtGA3ox1 AtGA2ox1
Ex
pre
sió
nre
lati
va
2.13.69.127.2C
Expresión de genes dioxigenasas
Mecanismo de acción
Putrescina
?AtGA20ox1, AtGA3ox1 AtGA2ox1
GA1 + GA4
Crecimiento secundario del xilema
Elongación Floración
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)
Mayor tolerancia al estrés hídrico
Col 0 2.1 3.6 9.12
14 586 (x42) 159 (x11) 11Niveles de Put conjugada SH (nmol/g p.f.)
Plantas de 7 semanas sin riego durante 2 semanas
Manipulación genética de la rutaArabidopsis thaliana
ADC1ADC2
Put
Spd
NCP
Arginina
Agmatina
Spm
SPDS1SPDS2
SPMSACL5
SAMdcSAMDC1SAMDC2SAMDC3
CPAAIH
SAM
Manipulación genética de la rutaArabidopsis thaliana
ADC1ADC2
Put
Spd
NCP
Arginina
Agmatina
Spm
SPDS1SPDS2
SPMSACL5
SAMdcSAMDC1SAMDC2SAMDC3
CPAAIH
SAM
SobreSobre--expresión de expresión de SAMDC1SAMDC1
35s CaMV AtSAMDC1 pA
S3 S9 S15 Col0
Sobreproducción de Sobreproducción de SpmSpm
010203040506070
Col 0 S3 S9 S15
Act
tivid
adSA
MD
C( n
mol
CO
2/h/m
gpr
ot)
Spm 6 46 (x7) 96 (x16) 50 (x8) ng/gPF
Mayor tolerancia al estrés salino
S3
S15
Col 0
S9
S3
S15
Plantas de 4 semanas tratadas con 250 mM ClNa (10 días)
Niveles de ABA y expresión de AtNCED
Caroteno
Zeaxantina
Violoxantina
Neoxantina
Xantosina
ABA-aldehido
ABA
NCED
+ Sal
NIVELES DE ABA
05
1015202530
ngA
BA
/g p
eso
fres
coCol 0 S3 S9 S15 Col 0 S3 S9 S15
- Sal + Sal
Col0 S3 S9 S15NCED3 0 2 3,2 3
Mecanismo de acción
Espermina
?AtNCED3
Tolerancia a estrés salino
ABA
Metareguloma
MetioninaPutrescina
Espermina
SAM dcSAM
Etileno
SPDS
SPMS
SAMDC
ACC
ACCsyn
ACCoxid
SAMsyn
Espermidina
ArgininaADC
Metareguloma
G3P+piruvato
DXP
MEP
CDP-ME
CDP-MEP
ME-cPP
HMBPP
IPP DMAPP
GPP
GGPP
isopreno
plastoquinonas
tocoferol
clorofilas
monoterpenos
DXS
DXR
CMS
CMK
ABA
MCS
HDS
IDS
IDI
GGPS
GPS
Giberelinas
MetioninaPutrescina
Espermina
SAM dcSAM
Etileno
SPDS
SPMS
SAMDC
ACC
ACCsyn
ACCoxid
SAMsyn
Espermidina
ArgininaADC
Metareguloma
G3P+piruvato
DXP
MEP
CDP-ME
CDP-MEP
ME-cPP
HMBPP
IPP DMAPP
GPP
GGPP
isopreno
plastoquinonas
tocoferol
clorofilas
monoterpenos
DXS
DXR
CMS
CMK
ABA
MCS
HDS
IDS
IDI
GGPS
GPS
Giberelinas
MetioninaPutrescina
Espermina
SAM dcSAM
Etileno
SPDS
SPMS
SAMDC
ACC
ACCsyn
ACCoxid
SAMsyn
Espermidina
ArgininaADC
Metareguloma
G3P+piruvato
DXP
MEP
CDP-ME
CDP-MEP
ME-cPP
HMBPP
IPP DMAPP
GPP
GGPP
isopreno
plastoquinonas
tocoferol
clorofilas
monoterpenos
DXS
DXR
CMS
CMK
ABA
MCS
HDS
IDS
IDI
GGPS
GPS
Giberelinas
MetioninaPutrescina
Espermina
SAM dcSAM
Etileno
SPDS
SPMS
SAMDC
ACC
ACCsyn
ACCoxid
SAMsyn
Espermidina
ArgininaADC
Regulación de redes metabólicasgeneradoras de RCVs
R. Alcázar (UB)
J.C. Cuevas (UB)
M. Patrón (UB)
A. Ferrando (UB)
T. Altabella (UB)
A.F. Tiburcio (UB)
E. Busó (UV)
F. Marco (UV)
P. Carrasco (UV)
ADC2 SAMDC1
J.L. García-Martínez
(IBMCP-Valencia)
GAs
$$CICyT: BIO2002-04459-C02-01/02
EU-QLK5-CT-2002-00841
Conjugación de la Put a los ácidos hidroxicinámicos
Cumárico Caféico Ferúlico
C
OH
OH
C
OH
OMe
OH OHC
OH
OHO O O
+
Cumaroil-Put Cafeoil-Put Feruroil-Put
Di-p-cumaroil-Put Di-cafeoil-Put Di-feruroil-Put
H2N- (CH2)- NH2 Putrescina
Efectos de la putrescina en el desarrollo
Putrescina
Desarrollo deltejido vascular
?Auxinas,
GAs, Brasinosteroides
Elongación del talloFloración
Conclusiones
1. Mediante sobre-expresión de ADC2 en Arabidopsisse ha demostrado que la Put, a través de su acciónsobre el metabolismo de GAs, es un efector negativode importantes procesos del desarrollo.
2. La conjugación de la Put a los ácidos hidroxinámicosconfiere una mayor tolerancia al estrés hídrico.
3. Mediante sobre-expresión de SAMDC1 en Arabidopsisse ha demostrado que la Spm, a través de su acciónsobre la biosíntesis de ABA, confiere una mayor tolerancia al estrés salino.
Expresión diferencial e inducción por estrés salino
+ 250 mM NaCl 10h
pADC1::GUS
pADC2::GUS
(Urano et al. 2003)
El mutante adc-2 es más sensible a estrés salino
medio MS 150 mM NaCl 150 mM NaCl+2mM Put
a a ab b b
c c ca: wtb: controlc: adc-2 (Urano et al. 2003)
Sobre-expresión de tobSPDS en Arabidopsis
Col-0 SPDS B4
100 mM NaCl