Caracterización de la respuesta del sistema radical de Arabidopsis thaliana frente al estrés generado por plomo

Abstract

The root system (RS) has as its main function to provide resources to the plant for its subsistence. Due to soil is not heterogeneous, the RS shows phenotypic plasticity based on soil requirements, such as water or nutrients. In the soil, in addition to water and nutrients, there are heavy metals (HMs) that are characterized by being toxic elements for organisms, for which they induce changes in the root system architecture (RSA) of plants. One of the HMs of greatest interest is lead (Pb), since this metal has accumulated in large quantities on the soil surface due to anthropogenic activities. We found that Pb induces a change in the RSA very similar to phosphate (Pi) starvation, for which we compared both responses with the aim to find similarities and differences in regulation responses. We found reduction of the of the primary root length (PRL) in response to Pb is genetically regulated by the genes lpi3 and lpr1/2 that are also involved in the changes of the Pi starvation RSA. We determined that Pb negatively regulates the expression of the AtPT2 gene (Pht 1;4) involved in the response to Pi deficiency and with the accumulation of this macronutrient; in addition, Pb negatively regulates the expression of genes related to the maintenance of the meristem such as they are WOX5, PIN1 and PIN2, which causes a disorganization of the meristem and depletion of the primary root. We also found that the polar transport of auxins, as well as supplementing with excess Pi help to retrieve the development of the primary root. In this work, we found that the inhibition of the length of the primary root due to Pb is genetically regulated and that the changes generated by this metal are a function of Pb and Pi concentration.

El sistema radical (SR) tiene como función principal proveer de recursos a la planta para su subsistencia. En el suelo, además de agua y nutrientes se encuentran los metales pesados (MPs) que se caracterizan por su alta toxicidad y por inducir cambios en la arquitectura del sistema radical (ASR) de las plantas. Uno de los metales pesados de mayor interés es el plomo (Pb) ya que este metal se ha acumulado en grandes cantidades en la superficie del suelo debido a las actividades antropogénicas. En este trabajo se encontró que el Pb induce un cambio en la ASR similar al que se ha descrito en condiciones de carencia de fosfato (Pi), por lo cual comparamos ambas respuestas con la finalidad de encontrar similitudes y diferencias en la respuesta a estos factores estresantes. Encontramos que el Pb induce una disminución en la LRP donde están involucrados los genes lpi3 y lpr1/2, que además son necesarios en los cambios de la ASR en carencia de Pi. También se encontró que el Pb regula negativamente la expresión de gen AtPT2 (Pht 1;4), involucrado en la respuesta a carencia de Pi y con la acumulación de este macronutriente; además, el Pb regula negativamente la expresión de genes relacionados con el mantenimiento del meristemo, como son WOX5, PIN1 y PIN2, lo cual ocasiona una desorganización del meristemo y su agotamiento. Se determinó que el transporte polar de auxinas, así como el suplemento con exceso de Pi ayudan a reestablecer el desarrollo de la raíz primaria. En este trabajo se determinó que la inhibición de la longitud de la raíz primaria a causa del Pb está regulada genéticamente y que los cambios generados por este metal están en función de la concentración del Pb y del Pi presente en el medio de cultivo.