Evaluación de la tolerancia a estrés abiótico en plantas de tabaco que expresan genes de síntesis de carotenoides

Abstract

Los carotenoides son compuestos isoprenoides sintetizados por todos los organismos fotosintéticos y por algunas bacterias y hongos no fotosintéticos. En plantas, se localizan en plastidios, participando en la captación de luz durante la fotosíntesis y también en la prevención del daño oxidativo generado bajo condiciones de estrés ambiental. Son precursores de importantes hormonas vegetales, como el ácido abscísico (ABA) y estrigolactonas. El gen Psy, responsable de la síntesis de la enzima fitoeno sintasa (PSY), que cataliza la primera reacción propia de la ruta carotenogénica, ha sido reportado como el gen clave en la regulación de la biosíntesis de carotenoides en diversos modelos vegetales. Otro de los puntos clave en la ruta de síntesis de carotenoides es la síntesis de B-caroteno a partir de licopeno, reacción catalizada por la enzima licopeno B-ciclasa (LCYB). En Daucus carota (zanahoria), nuestro modelo de estudio, se han descrito dos genes Psy (DcPsy1 y DcPsy2) ambos caracterizados por mostrar una expresión diferencial en hojas y raíz, respectivamente, durante el desarrollo, mientras que Lcyb posee dos genes parálogos (Lcyb1 y Lcyb2) de los cuales Lcyb1 participa en la síntesis de carotenoides en todos los tejidos de la planta, a pesar de su expresión preferencial en hojas. Con el propósito de dilucidar el rol de los carotenoides en conferir tolerancia a condiciones de estrés salino y lumínico, desarrollamos el presente trabajo enfocado en analizar la participación de los genes DcPsy1 y DcLcyb1 en la síntesis de carotenoides, clorofilas y en la tolerancia a condiciones de estrés. La expresión heteróloga del gen Psy1 de D. carota (DcPsy1) en N.tabacum, provoca un aumento de carotenoides y clorofilas, sin embargo este aumento no se condice con los niveles de expresión relativos del gen como tampoco es homogéneo en todas las líneas analizadas. En contraste, la expresión heteróloga del gen Lcyb1 de D.carota (DcLcyb1) en N.tabacum, genera un aumento en el contenido de carotenoides totales y específicos, como también clorofilas en todas las líneas analizadas, los cuales se condicen con los niveles de expresión del transgen y de genes endógenos clave en la ruta de síntesis de carotenoides y clorofilas. La evaluación de la participación de estos genes en conferir tolerancia a estrés salino y alta intensidad lumínica, parámetros que fueron medidos evaluando la eficiencia del PSII y tolerancia a tratamientos de estrés salino agudo y crónico, indica que no se observa una tendencia clara en el desarrollo de una tolerancia a estrés salino en las plantas transgénicas DcPsy1, mientras que el gen DcLcyb1 muestra una respuesta positiva frente a los estímulos de estrés, confiriendo tolerancia en todas las líneas analizadas. Considerando los resultados obtenidos en este trabajo, proponemos que la expresión de los genes DcPsy1 y DcLcyb1 tiene distintos efectos en la conferencia de una tolerancia al estrés, dada por el efecto diferencial en la modulación de la ruta de síntesis de carotenoides y clorofilas, generado por estos genes, en las plantas de tabaco transgénicas.