Caracterización Fisiológica De La Deficiencia De Magnesio En La Arabidopsis Thaliana

Informe de Investigación

Caracterización fisiológica de la deficiencia de Magnesio en la Arabidopsis thaliana

A pesar de que los síntomas de la deficiencia de Magnesio han sido ampliamente documentadas en plantas, los efectos fisiológicos primarios de una baja disponibilidad de magnesio permanecen en gran parte desconocidos. Este informe describe las respuestas psicológicas de la inanición de Magnesio en la Arabidopsis Thaliana. Las características de crecimiento, la concentración de Magnesio y azucares y el proceso de fotosíntesis fueron medidos en intervalos regulares durante la inducción de la deficiencia de magnesio. Estos datos muestran que la deficiencia de magnesio incrementó la concentración de azúcar y alteró la exportación de sacarosa desde la hoja fuente joven, antes de que algún efecto notable en la actividad de fotosíntesis fuera visto. La disminución en la actividad fotosintética, podría ser provocada por el incremento de las concentraciones de azúcar en la hoja. Los niveles de transcripción de la clorofila AB como proteínas de unión Cab2 (codificando una clorofila de proteína a/b) fueron más bajas en las plantas con deficiencia de magnesio antes de algún decrecimiento o disminución en la concentración de clorofila. Estos datos de transcripción sugieren que la reducción de la clorofila es una respuesta a los niveles de azúcar, más que a la falta de átomos de Mg para el agente queleante de clorofila.

INTRODUCCIÓN

Durante mucho tiempo se ha conocido que la disponibilidad del magnesio a plantas impone límites en la fotosíntesis (Evans y Sorger,1966; Mengel y Kirkby, 1987; Marschner, 1995) el Magnesio es esencial para los cloroplastos, siendo los elementos centrales en la clorofila (Beale,1999). Participan en la organización de la membranas tilacoides y el almacenamiento de grana (Guller y Krucka, 1993; Lu et al., 1995; Kaftan et al., 2002) actua como cofactor y activador alosterico de enzimas que intervienen en la fijación de CO2 (Marschner, 1995) y está involucrado en energía transferida a través del adenosin (Igamberdiev andKleczkowski, 2001, 2003) and pH control (Wu et al. 1991) de acuerdo con una serie de estudios que han descrito el efecto de la deficiencia de Magnesio en las reacciones fotoquímicas de la fijación de CO2 (Terry and Ulrich, 1974; Cao and Tibbits, 1992; Sun and Payn, 1999; Laing et al., 2000; Sun et al., 2001). De cualquier forma, algunas limitaciones pueden surgir de estas estrategias experimentales porque es probable que la deficiencia de magnesio afecte procesos metabólicos distintos a la fotosíntesis en un estado temprano. Estudios recientes en Beta vulgaris (Hermans et al., 2004, 2005) y en Vicia faba (Hariadi and Shabala,2004 a, b) mostraron que ni la concentración de clorofila II y tampoco plantas de biomasa eran efectivas para el diagnostico de la deficiencia de magnesio en estados tempranos. De hecho ¡, el análisis de magnesio la herramienta precisa para diagnosticar la deficiencia de magnesio (Hariadi and Shabala, 2004a). No obstante, la acumulación de sacarosa en la hoja fuente es encontrada para ser un síntoma temprano de deficiencia de Magnesio (DMg) deficiency (Fischer y Bremer, 1993; Cakmak y al.1994a, b; Mehne-Jakobs, 1995; Fischer y al., 1998;

Hermans y al., 2004, 2005) y ocurre antes de cualquier efecto notable en la actividad fotosintética (Cakmak y al.,1994b; Hermans y al., 2004).

Arabidopsis thaliana fue usada como un caso de estudio para caracterizar el desarrollo de los síntomas de la DMg y las respuestas psicológicas tempranas. Las características de crecimiento, Mg y concentraciones de azúcar, así como el proceso foto químico fue medido en un intervalo regular durante la inducción de DMg. El DMg. Incrementa la concentración de azúcar y aparentemente alteró la exportación de sacarosa desde las jóvenes hojas fuente antes de cualquier efecto en la actividad fotosintética. La acumulación de azucares en las hojas pueden resultar en la baja regulación de genes fotosintéticos y consecuentemente, da cuenta de la disminución en la concentración de clorofila II y la actividad fotosintética. Además este trabajo provee el primer registro fisiologico de la Arabidopsis que puede formar una base para avanzar en el análisis genético, para nuestro conocimiento, ninguno de los análisis transcriptómicos recientes para el metabolismo de nutrientes esenciales en que las especies habían sido lejanamente relacionadas con el Mg

MATERIALES Y METODOS

Material vegetal y cultura

Semillas de Arabidopis thaliana (L.) Los ecotipos de Heynh Columbia y C24 fueron germinados en un compost a base de turba (abono orgánico). Sistemas hidropónicos, raíces de los planteles son enjuagados en agua destiladas e inmediatamente puestas en azulejos de poliestireno cubriendo los contenedores (capacidad de 4.0.1) lleno con solución mineral (mirar figura 1A y B) el ecotipo C24 de plántulas crecieron en suelo por dos semanas y en una solución de nutrientes por 3 semanas más, antes de empezar el tratamiento (fig.1 A) las plántulas del ecotipo Columbia crecieron en suelo por 2 semanas y en solución de nutrientes por una semana con 12 horas de luz (150 lEm_2s_1)/12 h en oscuridad o por 1 mes en un régimen de 8 h a la luz en un día corto (150 lEm_2s_1)/16 h dark (Fig. 1B). Las concentraciones de macronutrientes en mM son 1.0 Ca(NO3)2

1.0 MgSO4, 0.88 K2SO4, and 0.25 KH2PO, y concentraciones de micronutrientes en lM fueron 20 FeEDTA, 10 NaCl, 10 H4, 1.0ZnSO4, 1.0 MnSO4, 0.10 CuSO4, y 0.01 (NH4)6 Mo. El pH de la solución era ajustado a 5.8 +/-0.1 with 1 M KOH. At the7O324BO33)2.

Al principio del tratamiento, la mitad de las plantas eran alimentadas con una solución de nutrientes el cual era el mismo mencionado arriba a excepción de 1.0 mM MgSO4 era remplazado por 1.0 mM Na2SO4 a fin de mantener un balance anion/catión constante y para evitar la deficiencia de sulfuro. La solución de nutrientes fue remplazada cada 4 dias. Las condiciones de crecimiento en el salón de cultura son: temperaturas de 22 +/- ºc y humedad relativa de 65 +/- 5%

ANALISIS QUIMICO

0.50g el polvo secado y triturado fue incinerado en un horno de copela a 450ºC. Las cenizas fueron digeridas con 7 N acido nítrico y el filtrado se ensayó el Mg por espectrometría de absorción atómica en 285.2 nm longitud de onda (Perkin Elmer AAS 3110).

Photosynthesis measurements

El comportamiento del fotosistema II fue evaluada usando Chll una rápida fluorecencia kinésica (inducción directa con 660nm exposición grabada con Flourometro analizador de Eficiencia vegetal

Los transistorios OJIP niveles de fluorescencia F

(50 ls), F300 ls, FJ(2 ms), FI(30 ms), and FM(tF))

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