Cambios en el apoplasto asociados a la senescencia foliar

• Autores: María Lucía Borniego
• Directores de la Tesis: M. Dana Martinez (dir. tes.), Juan José Guiamet (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Nacional de La Plata ( Argentina ) en 2018
• Idioma: español
• Número de páginas: 268
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  sedici.unlp.edu.ar  doi.org 
• Resumen
  • español

    La senescencia constituye la etapa final del desarrollo ontogénico de las hojas, que se caracteriza por el desmantelamiento altamente organizado de componentes celulares, y la degradación masiva de sus macromoléculas (proteínas, ARN, ADN, lípidos).

    Este síndrome tiene un impacto positivo para la planta, dado que posibilita la exportación de nutrientes, principalmente N, de las hojas senescentes y su re-utilización en otros órganos. A nivel celular, los cloroplastos albergan la mayor parte de las proteínas foliares, y su desensamblado es central y diagnóstico del progreso de la senescencia. Es por esto que la mayor parte de los estudios en el tema se han enfocado en los cloroplastos, y los eventos extra-plastidiales que acompañan estos cambios son menos conocidos. Menos aún se conoce qué ocurre fuera de la membrana plasmática en las células senescentes. El apoplasto representa un compartimiento “extracelular”, externo, limitado por la membrana plasmática, que incluye las paredes celulares, los espacios intercelulares y el fluido apoplástico (FA). La composición (iones, macromoléculas, etc) de este espacio varía en forma dinámica contribuyendo al desarrollo de la planta y la adaptación a las condiciones ambientales. En el apoplasto tiene lugar la percepción y las primeras respuestas a varios estreses, que han sido estudiadas y caracterizadas en detalle tanto para estreses bióticos y abióticos. Dado que el apoplasto es escenario de procesos fisiológicos como la absorción y el transporte de azúcares y aminoácidos, la comunicación intercelular, la señalización sistémica, etc, es altamente probable que en este compartimiento tengan lugar cambios funcionales vinculados con la senescencia. En este trabajo se examinaron cambios en parámetros fisiológicos del apoplasto como compartimiento, y variaciones en la composición del fluido apoplástico a lo largo de la senescencia en Arabidopsis thaliana, a fin de profundizar el conocimiento sobre la dinámica de este espacio, y su papel en la degradación y removilización de nitrógeno durante la senescencia.

    En el capítulo 3 se describen las técnicas utilizadas para la obtención y análisis de fluido apoplástico foliar (FA). Este capítulo se enfoca en la optimización de las técnicas de infiltración-centrifugación para la extracción de FA de hojas senescentes de Arabidopsis, y del Índigo Carmín para calcular el volumen original de FA y el factor de dilución del FA aislado, ambos parámetros necesarios para estimar la concentración fisiológica de los componentes del FA. Luego, en el capítulo 4 se caracteriza la senescencia foliar como etapa ontogénica y los FAs obtenidos de hojas senescentes y no senescentes. En este capítulo se describe la selección de hojas representativas de distintas etapas de desarrollo para realizar un análisis sobre los cambios asociados a la senescencia en el fluido apoplástico foliar. En el capítulo 5 se presentan cambios fisiológicos en el compartimiento extracelular asociados a la senescencia, y en el capítulo 6 se analizan variaciones en las proteínas y proteoma del fluido apoplástico. En el capítulo 7 se muestran resultados de experimentos manipulativos de la senescencia foliar, y las respuestas a nivel de variaciones en el contenido estable de aminoácidos, péptidos y proteínas. Se analizó el rol del apoplasto en la degradación de proteínas foliares y la removilización de nitrógeno durante la senescencia, natural y acelerada por oscuridad y el papel de la autofagia en la exportación de aminoácidos al apoplasto.

  • English

    Senescence is a genetically controlled degradation process whereby cellular compounds are dismantled and the products of macromolecules (proteins, nucleic acids, lipids) breakdown are redistributed to other parts of the plant.

    Leaf senescence represents the last stage of leaf development, that is critical for plants fitness, which depends on efficient nutrient (mainly nitrogen) relocation from senescing leaves to developing organs and immature seeds. Chloroplast breakdown is the hallmark of leaf senescence, and consequently this organelle has been the main focus for most of the studies on the regulation and execution of senescence. Extraplastidial changes associated with leaf senescence are less understood, and even less is known about the processes taking place outside the plasma membrane of senescing cells. The apoplast is a highly dynamic compartment external to the plasma membrane that includes cell walls, intercellular spaces and apoplastic fluid (AF). AF is the fluid that moves freely within the intercellular spaces, and it is composed of secreted proteins, organic acids, sugars, amino acids, ions, and other molecules.

    The apoplast is the first compartment where perception and the first responses to several biotic and abiotic stresses take place, therefore the AF plays a critical role in the plant–environment interaction as it provides a means for intracellular and intercellular communication. While the role of the apoplast in stress responses has been well studied so far, little is known about the events that take place in this space during senescence. The apoplast might be an important compartment for many senescence-related events, including the orchestration of the highly organized execution of senescence, since important physiological processes, such as absorption and transport of amino acids and sugars, intercellular communication and systemic signaling take place there. This project aimed to shed light on the dynamics of the extracellular space during leaf development, and the role of this compartment in protein degradation and nitrogen remobilization during senescence. Changes in physiological parameters of the leaf apoplast, and variations in the AF composition associated to senescence in Arabidopsis thaliana are presented:

    Chapter 3 describes the optimization of the infiltration-centrifugation and the Indigo Carmin techniques for the isolation and analysis of leaf apoplastic fluid (AF). Both techniques are useful for determining apoplastic air volume (Vair) and apoplastic fluid volume (VFA), which are necessary to calculate metabolite concentrations in the leaf AF. Then, in chapter 4, based on the ability to extract AF free of cytosolic contamination, leaves from different developmental stages were selected to analyze senescence-associated changes in the AF. Chapter 5 and 6 show senescence-associated changes in the extracellular environment and in the proteome of the apoplastic fluid, respectively. Chapter 7 examines the involvent of the leaf apoplast in nutrient recycling and remobilization during natural and dark induced leaf senescence, and the role of autophagy in the translocation of amino acids from the cell into the apoplast.