Resumen de Insights into the mechanisms of Cd hyperaccumulation in S. kali, a desert plant species

Guadalupe de la Rosa, Alejandro Martínez, Hiram Castillo, Rosalba Fuentes Ramírez, Jorge Gardea Torresdey

• español

  Salsola kali, una planta desértica, ha sido propuesta como un potencial hiperacumulador de Cd. Estudios de espectroscopía de Rayos-X han mostrado que compuestos conteniendo oxígeno y grupos tiol están involucrados en la absorción de Cd en esta planta. Por ello se ha planteado que algunos ácidos orgánicos, pared celular, fitoquelatinas y otros compuestos conteniendo glutatión, pueden estar relacionados con los mecanismos de hiperacumulación de Cd en S. kali. En esta investigación se expusieron plantas silvestres a diferentes concentraciones de Cd para determinar el contenido de este metal en el xilema y floema, así como en fracciones proteínicas. Adicionalmente, extractos de las plantas se analizaron mediante cromatografía líquida a alta presión para identificar y cuantificar ácidos orgánicos. Las plantas se trataron con 0, 20, 200 y 400 mg Cd L-1 por 48 h en hidroponia. La incorporación de Cd se midió por separado en raíces, floema y xilema. Se encontró que en plantas tratadas con concentraciones de Cd por encima de los 200 mg Cd L-1, el contenido de Cd fue mayor en el floema que en el xilema. El perfil proteínico (SDS-PAGE) mostró que en plantas tratadas con Cd se incrementa la presencia de dos péptidos y se expresa uno nuevo. Después de una filtración en gel G25 y codeterminación de Cd, se encontró que es muy probable que dos proteínas (de 29 kDa y 14 kDa) estén asociadas al Cd. El uso de primers degenerados de la familia Brassica permitió la identificación de un posible gen de la fitoquelatin sintasa. Los ácidos cítrico y oxálico fueron identificados en los extractos de las plantas. No se encontraron diferencias significativas entre las concentraciones de ácido cítrico en plantas control y en aquellas tratadas con Cd. Por otro lado, la cantidad de ácido oxálico en plantas expuestas a Cd fue significativamente menor que en las plantas control. Estos datos pueden indicar que el Cd pudo haber precipitado como cristales de oxalato. Los resultados reportados aquí serán útiles para entender a mayor profundidad los mecanismos de hiperacumulación de Cd en S. kali.

• English

  Tumbleweed (S. kali), a desert plant worldwide distributed, has been proposed as a potential Cd-hyperaccumulator. X-ray studies showed that thiol and oxygen related compounds are involved in Cd sequestration within the plant. Thus, we have proposed that organic acids, cell wall, phytochelatins, and other glutathione related compounds might be involved in the mechanisms of Cd hyperaccumulation in tumbleweed. In this study, native plants were used to determine Cd content in phloem/xylem tissues and the related biochemical mechanisms of Cd uptake at the protein level. In addition, plant extracts were analyzed by high pressure liquid chromatography (HPLC) to identify and quantify organic acids. Plants were treated with 0, 20, 200, and 400 mg Cd L-1 for 48 h in hydroponic media. Cd incorporation was measured in roots, phloem/cortex, and xylem/pith, separately. It was found that in plants treated with Cd concentrations above 200 mg Cd L-1, Cd content was higher in phloem than that in xylem. The protein profile in SDS-PAGE showed that in Cd-treated plants, two peptides were enhanced while a new peptide was expressed. After G25 gel filtration and Cd codetermination it was found that two proteins (of 29 and 14 kDa) are probably associated to Cd. The use of degenerated primers of the Brassica family allowed the identification of a possible phytochelatin synthase gene. Citric and oxalic were the main acids identified in plant extracts. No significant differences were found in the concentration of citric acid in control and Cd-treated plants. On the other hand, less oxalic acid was quantified in Cd-treated plants as compared to controls. These data indicate that cadmium may have precipitated as oxalate crystals. The results reported herein will be helpful to better understand the mechanisms of Cd hyperaccumulation in S. kali.