Reversible in vivo cellular changes occur during desiccation and recovery: Desiccation tolerance of the resurrection filmy fern Hymenophyllum dentatum Cav.

• Autores: Soraya Bravo, María José Parra, Rosario Castillo, Francisco Sepúlveda, Aileen Turner, Ariana Bertín, Germán Osorio, Joanna Tereszczuk, Carola Bruna, Rodrigo Hasbún
• Localización: Gayana botánica, ISSN-e 0717-6643, ISSN 0016-5301, Vol. 73, Nº. 2, 2016, págs. 402-413
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Cambios celulares reversibles observados in vivo durante la desecación y recuperación: Tolerancia a la desecación del helecho película de resurrección Hymenophyllum dentatum Cav.
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    RESUMEN El presente trabajo muestra una exploración in vivo de los rasgos fisiológicos, morfológicos y químicos que caracterizan a los estados de hidratación completa, desecación y rehidratación del helecho película Hymenophyllum dentatum, que persigue 2 objetivos principales: 1) Adquirir conocimientos sobre los mecanismos que subyacen a la tolerancia a la desecación, y 2) entender cómo estas plantas manejan el estrés mecánico inducido por la pérdida y recuperación de agua. Con estos propósitos se obtuvo datos fisiológicos (contenido relativo de agua y parámetro de fluorescencia de clorofila Fv/Fm), morfológicos (microscopía confocal de escaneo laser en 3 D) y químicos (microespectroscopía FT-IR), en los tejidos de H. dentatum en los estados completamente hidratado, desecado y rehidratado. Notorios cambios en la arquitectura celular y la composición química fueron observados in vivo en las hojas desecadas. Las células eran de menos tamaño, presentaron una apariencia general colapsada, y delimitadas por una pared celular con apariencia plegada. También se evidenciaron marcados cambios en la localización y una disminución en el número de cloroplastos activos durante la desecación. Los ensayos químicos mostraron que en las células en desecación ocurren cambios en la estructura secundaria de una proteína citoplasmática muy abundante y en los polisacáridos que componen la pared celular. Todos estos cambios revierten al estado inicial tras la rehidratación de los tejidos. Este estudio muestra que H. dentatum es un caso extremo de tolerancia a la desecación, capaz de sobreponerse tras el estrés inducido por ciclos de alternancia entre desecación y rehidratación, mediante el funcionamiento de sistemas constitutivos de protección y reparación, entre los cuales el plegamiento de la pared celular parece jugar un rol clave como protector contra el daño mecánico y el estrés oxidativo. Además, H. dentatum es propuesto como una excelente planta modelo para el estudio de la tolerancia a la desecación porque posee características como tener hojas constituidas por una sola capa de células, poseer estructuras internas auto-fluorescentes, resistencia en condiciones simples de almacenamiento en el laboratorio, entre otras.

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    ABSTRACT The present work explores in vivo physiological, morphological and chemical features during full hydration, desiccation and rehydration of the filmy fern Hymenophyllum dentatum with two main objectives: 1) to get further insight about the mechanisms underlying its desiccation tolerance, and 2) to understand how this plant manages mechanical stress induced by water loss and recovery. With these purposes, physiological (relative water content and F /F chlorophyll fluorescence parameter), morphological (Confocal Laser Scanning Microscopy and 3D reconstruction) and chemical (FT- IR microspectroscopy) data were obtained and compared between fully hydrated, desiccated and rehydrated tissues of H. dentatum. Remarkable changes in cell architecture and chemical composition were observed in vivo in desiccated leaves. Cells were smaller, showed a collapsed general appearance, and were delimitated by apparently folded cell walls. Marked changes in chloroplasts location and decrease in the number of active chloroplasts were also evidenced. Chemical experiments showed that changes in the secondary structure of proteins and in the polysaccharide composition of the cell wall occur in desiccated cells. All changes were rapidly reversed upon rehydration. This study shows that H. dentatum presents an extreme case of desiccation tolerance, able to withdraw severe, rapid and consecutive dehydration/rehydration induced stress by the function of constitutive systems of protection and reparation, in which cell wall folding plays a relevant role as a protective system against mechanical and oxidative stress. Besides, H. dentatum is proposed as an excellent plant model for the study of dissection tolerance such as one cell layer fern, auto-fluorescence of cellular compartments, and simple long term storage under laboratory conditions, among others.