Acido abscísico (ABA) la hormona de estrés en plantas.

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1 Acido abscísico (ABA) la hormona de estrés en plantas.

2 Descubrimiento del ABA
1963: Addiccot y col. identifican compuestos responsables de la abscisión de frutos de algodón (abscisina I y abscisina II) : Wareing estudiaban compuestos que causaban dormancia en yemas y al más activo lo llamaron dormina : abscicina II y dormina eran el mismo compuesto y se denominó ácido abscísico (ABA) por su supuesta participación en los procesos de abscisión.

3 Estructura del ABA Síntesis: Transporte:
La mayoría de las células pueden sintetizar ABA. Esencialmente, hojas maduras, tejidos estresados, semillas y el ápice de raíz. Transporte: El ABA se transporta principalmente por el floema, pero también vía xilema.

4 Síntesis del ABA ZEP: Zeaxanthin expoxidase
NCED: 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase El ABA se encuentra en todas las plantas superiores, y en todas partes. Los pasos iniciales de la biosíntesis ocurren en los cloroplastos o amiloplastos de las células vegetales. La ruta biosintética completa para el ABA ha sido recientemente dilucidada gracias a la ayuda de los mutantes deficientes en ABA que están bloqueados en pasos específicos de la ruta de síntesis. El fenotipo responsable de estas mutaciones puede ser revertido si se les agrega ABA exógeno. La ruta comienza a partir del isopentenil pirofosfato (IPP), que lleva a la formación de la zeaxantina, luego la anteraxantina, luego la trnas-violaxantina, luego la 9-cis-neoxantina y finalmente la xantoxina. La 9-cis-neoxantina es luego clivada para formar un compuesto de 15C llamado xantoxina. Este paso es el paso limitante de la ruta. La xantoxina es luego oxidada a nivel del citosol a ABA-aldehído, reacción catalizada por la xantoxina oxidasa, y luego este aldehído es convertido a ABA por la enzima ABA-aldehído oxidasa. Ver lista de mutantes afectados en la biosíntesis de ABA. SDR1: xanthoxin oxidase AAO3: abscisic aldehyde oxidase

5 Síntesis y Catabolismo del ABA
La biosíntesis de ABA no es el único factor que regula las concentraciones de ABA en los tejidos. La conc. de ABA libre en el citosol es también regulada por degradación, compartimentación y transporte del mismo. Como discutiremos luego, la conc. citosólica de ABA aumenta durante el estrés hídrico como resultado de su síntesis en la hoja, la redistribución en el mesófilo de la célula y su importación desde las raíces, mientras que la disminución del ABA luego de la rehidratación de los tejidos es consecuencia de la degradación y exportación de la hoja, así como también de la disminución de la velocidad de síntesis. La inactivación del ABA puede darse por dos procesos diferentes: 1. Oxidación del ABA: dando un intermedio 8-´hidroxiABA inestable, que luego se convierte a ácido faseico (PA) y finalmente a ácido dihidrofaseico (DPA). PA posee una actividad similar a la del ABA, pero DPA es completamente inactivo. 2. Conjugación covalente del ABA con monosacáridos por ejemplo la glucosa para dar ABA-glucosil éster. La conjugación no solo lleva a la inactivación de la hormona, también altera su distribución celular. Mientras que el ABA libre se encuentra en el citosol el ABA-GE se acumula en vacuolas y por tanto sirve como forma de almacenamiento de la misma. Estearasas presentes en la cel. vegetal pueden liberar el ABA de la forma conjugada.

6 Principales efectos fisiológicos:
1. Cierre estomático 2. Dormición: retraso del tiempo de germinación de la semilla. 3. Tolerancia al estrés por deshidratación: sequía, salinidad y bajas temperaturas 4. Antagonista de auxinas, citoquininas y giberelinas. 5. Induce la senescencia.

7 Potencial hídrico, re y ABA en maíz
1. Cierre estomático -ABA Potencial hídrico, re y ABA en maíz + ABA

8 El ABA es un ácido débil a bajos pH ABAH+ puede cruzar las membranas
libremente. A altos valores de pH ABA- no puede atravesar membranas. Redistribución del ABA Como mencionamos anteriormente otra de las funciones del ABA es la inducción del cierre estomático en respuesta al estrés hídrico. La [ABA]en el flujo xilemático en plantas de girasol regadas es de 1-15 nM, mientras que en condicines de estrés hídrico esta puede llegar a valores de hasta 3.0 M. En condiciones de estrés hídrico el ABA es inicialmente sintetizado en las raíces que están en contacto directo con el suelo seco, y luego es transportado a la parte aérea por la corriente transpiratoria vía xilema. Al principio del estrés el pH del flujo xilemático aumenta de 6.3 a 7.2 y esta alcalinización del apoplasto favorecela formación de la forma disociada del ABA (ABA-), la cual no puede atravesar las membranas y por tanto menos ABA llegar a las células del mesófilo y más llega a las células guarda. Por lo tanto, lo que ocurre es una redistribución del ABA y no un aumento del mismo, y el aumento de pH funciona como una señal de la raíz que promueve un cierre temprano de los estomas y como consecuencia una menor pérdida de agua por la planta.

9 Medidas simultáneas de la corriente positiva
inducida por ABA y del aumento en la [Ca+2]cit inducida por ABA Sin embargo el primer cambio detectado luego de la exposición de las células guarda al ABA es una despolarización transitoria de la membrana debido a la entrada neta de carga positiva. Al mismo tiempo, aumenta transitoriamente la [Ca+2] citosólica. Se ha propuesto que esta rápida despolarización de membrana inducida por ABA resulta de la activación de los canales de Ca+2. (ver figura) Esta rápida despolarización inducida por ABA no es suficiente para abrir los canales desalida de K+, los cuales requieren para abrirse de una despolarización de membrana larga y sostenida. Otro efecto del ABA es la liberación de más Ca+2 desde reservorios internos de la célula como las vacuolas. La combinación de la entrada de Ca+2 a la célula y la salida de Ca+2 de los reservorios internos lleva a un aumento en la [Ca+2] desde nM a 1.1 M. Además del aumento en la [Ca+2]citosólica, el ABA produce una alcalinización del citosol donde el pH sube de 7.67 a 7.94 lo cual lleva a una activación de los canales de salida de K+. Pero la activación de estos canales sólos no resulta en una pérdida de K+ debido a que el potencial de membrana favorece la acumulación del mismo. Para que el K+ salga realmente el ABA debe inducir una despolarización de membrana larga y sostenida, y se ha demostrado que esto ocurre. El ABA activa los canales aniónicos lentos, que permiten que los aniones Cl- y malato-2, salgan de la célula moviéndose a favor del gradiente electroquímico. La corriente negativa generada afuera, despolariza fuertemente la membrana, lo que lleva a la apertura de los canales de salida de K+. Schroeder and Hagiwara, 1990

10 En esta figura podemos observar el modelo que intenta explicar la acción de
ABA en las células guarda. Este modelo sugiere que el ABA se une a su receptor (aún no caracterizado) e inicia una ruta de transducción de la señal. El ABA causa la apertura de canales de entrada de Ca+2 y una despolarización transitoria de la membrana. Esta despolarización promueve la apertura de canales de Cl- lo cual despolariza aún más la membrana. El ABA también aumenta los niveles de IP3 (inositol 1,4,5-trifosfato) el cual induce la apertura de canales de Ca+2 liberando Ca+2 de reservorios internos. El aumento total de la [Ca+2] citosólica, activa la apertura de más canales de salida de Cl- y de malato-2 e inhibe la entrada de K+. El flujo neto de salida de cargas negativas lleva a una despolarización de membrana larga y sostenida, y también provoca un aumento del pH citosólico, el cual activa los canales de salida de K+. El K+ junto con iones K y malato salen de la célula y como consecuencia la presión de turgencia de las células guarda disminuye, y los estomas se cierran. Blatt and Thiel, 1993

11 2. Dormición: retraso del tiempo de germinación de la semilla.

12 La [ABA] aumenta en la fase final de maduración de las semillas
Induce los genes LEA Promueve la tolerancia a la desecación Impide la viviparidad Antagonista de Gas. Activa FT que reprimen enzimas necesarias para la germinación. Mutante vp (vivíparo) de maíz de la ruta de carotenoides. El mutante germina antes de tiempo. Se inhibe la dormición.

13 Factores de transcripción y proteínas de respuesta
3. Tolerancia al estrés por deshidratación: sequía, salinidad y bajas temperaturas ABA ?? ABA SEQUIA ? DESHIDRATACION BAJAS TEMPERATURAS SALINIDAD Dentro del estrés abiótico, tanto la sequía como las bajas temperaturas y la salinidad conducen a la deshidratación celular. Las plantas responden al estrés exhibiendo una amplia variedad de respuestas que involucran desde cambios fisiológicos rápidos como puede ser el cierre estomático para evitar la pérdida de agua de la planta, cambios a nivel del patrón desarrollo como puede ser la producción de un sistema radicular profundo que le permite absorber agua de las capas más profundas del suelo, o cambios bioquímicos a través de la expresión y acumulación de diversas proteínas de respuesta para las cuales se especula tienen una función en la tolerancia misma al estrés. En plantas superiores, la hormona vegetal ABA está involucrada en el control de varios procesos fisiológicos que incluyen el desarrollo de la semilla y la adaptación de la planta a distintos tipos de estrés ambiental. En condiciones de estrés hídrico y salino el ABA permite mantener el balance hídrico en la planta a través de la regulación del grado de apertura de los estomas. A nivel celular, el ABA puede promover la tolerancia a la sequía, las bajas temperaturas y la salinidad a través de la inducción génica. Cambios fisiológicos y del desarrollo que permite la adaptación al estrés Factores de transcripción y proteínas de respuesta

14 Estrés por deshidratación PROTEINAS REGULADORAS PROTEINAS DE RESPUESTA
Factores de transcripción: MYC, MYB, DREBP, CBF Proteínas quinasas: MAPK, MAPKKK, CDPK, SNF1 Fosfolipasa C Proteínas PROTEINAS DE RESPUESTA Proteínas LEA: DHNs Enzimas para la biosíntesis de sustancias osmoprotectoras Osmotinas Chaperonas Desaturasas de ácidos grasos Aquaporinas Proteasas Enzimas detoxificadoras Como mencionamos anteriormente, las plantas responden al estrés exhibiendo una amplia variedad de respuestas. Una de ellas involucra la activación de un amplio grupo de genes que llevan a la acumulación de proteínas reguladores y de respuesta. Las proteínas reguladoras están involucrados en la transducción de la señal de estrés y en la regulación de la expresión génica de los genes de respuesta. Entre ellas se encuentran proteínas quinasas (histidín quinasas, MAP quinasas, Ca2+-quinasas), factores de transcripción (DREB, CBF, EREBP, Myb), fosfolipasa C y proteínas En lo que respecta a las proteínas de tolerancia, algunas se sabe o se especula que tienen una función en la tolerancia misma al estrés: Las proteínas LEA (abundantes en la embriogénesis tardía) fueron inicialmente identificadas en las fases de maduración y desecación durante el desarrollo de la semilla y luego también se observó que se acumulaban en los tejidos vegetativos expuestos a algún tipo de estrés que conduce a la deshidratación. Estas proteínas para las cuales se desconoce su función se clasifican en 6 grupos en base en su secuencia aminoacídica. Las dehidrinas, proteínas que vamos a estudiar en este trabajo constituyen el grupo II de las proteínas LEA. Otras proteínas de respuesta son las enzimas requeridas para la biosíntesis de varias sustancias osmoprotectoras (azúcares, prolina, glicina-betaína), proteínas que pueden proteger macromoléculas y membranas (proteínas LEA, osmotinas, chaperonas, desaturasas de ácidos grasos), proteínas canal de agua (aquaporinas) involucradas en el movimiento de agua a través de las membranas, proteasas para la degradación proteica (ubiquitina, tiol-proteasas) y enzimas detoxificadoras (superóxido dismutasa, glutatión-S-transferasa, catalasa, ascorbato peroxidasa).

15 Rutas de transducción de la señal dependiente e independiente de ABA

16 DHN5 Cebada DHN10 RAB18 Arabidopsis TATA DRE ABRE MYC TACGTG
Aunque todos estos tipos de estrés tienen la deshidratación como componente en común, la comparación de la expresión génica en mutantes insensibles a ABA o deficientes en ABA ha demostrado la existencia de rutas de transducción de la señal dependientes e independientes de ABA (Shinozaki y Yamaguchi-Shinozaki, 2000). Estas diferencias están dadas por el tipo de promotores existentes en los genes de respuesta. El elemento DRE/LTRE (elemento de respuesta a la deshidratación), que se caracteriza por la secuencia consenso TACCGACAT es un elemento en cis esencial para la regulación de la inducción del gen rd29A de Arabidopsis que responde a bajas temperaturas y deshidratación de una manera independiente de ABA (Yamaguchi-Shinozaki K y Shinozaki K, 1994). Por otra parte, varios genes inducidos por deshidratación y bajas temperaturas son inducidos por la aplicación exógena de ABA. Estos genes, contienen en sus promotores otro tipo de elementos en cis denominados ABREs (elementos de respuesta a ABA) que se caracterizan por la secuencia consenso PyACGTGGC (Ingram y Bartels, 1996). Por ejemplo, el gen rd29B de Arabidopsis es inducido por salinidad y deshidratación y posee dos elementos ABREs en su promotor (Yamaguchi-Shinozaki K y Shinozaki K, 1994). A su vez, se ha comprobado recientemente, que las rutas de transducción de señales inducidas por estrés osmótico, ABA y bajas temperaturas, interactúan y convergen, activando la expresión de genes en común (Ishitani et al., 1997; Shinozaki y Yamaguchi- Shinozaki, 2000). Esto es una consecuencia de que la mayoría de los genes inducidos por estrés abiótico poseen ambas clases de elementos de respuesta (DRE y ABRE) en sus secuencias. Arabidopsis

17 Mutantes deficientes en ABA
Biosíntesis del ABA Mutantes deficientes en ABA

18 Síntesis y Catabolismo del ABA