Efecto del plomo sobre el ciclo ascorbato-glutatión en Acacia farnesiana Público Deposited

One of the most frequent soil pollutants in Mexican and worldwide soils is lead (Pb), a metal considered as carcinogenic and mutagenic. In plants, this element can alter several cellular functions. However, there are species such as Acacia farnesiana (L.) Willd, able to grow in sites contaminated with high concentrations of heavy metals. These plants can tolerate the presence of Pb due to mechanisms such as the sequestering in the cell wall or in the vacuole, as well as the activation of enzymatic and non enzymatic systems that eliminate reactive oxygen species (ROS) generated at stress conditions induced by the Pb; the overproduction of ROS can destroy biomolecules and alter the metabolism. One of the most efficient systems for the ROS control in cells is the ascorbate-glutathione cycle, which involves successive oxidations and reductions of ascorbate (AsA) and glutathione (GSH) catalyzed by various enzymes. Based on the previous, the aim of this study was to determine the effect of Pb on the morphology, growth and oxidative stress in A. farnesiana, and their relationship with the production of AsA and GSH and the activity of some enzymes of the AsA - GSH cycle. For this, at in vitro conditions, three Pb concentrations (250, 500 and 1000 mg/L) and one control (0 mg/L) were assayed during different culture times (15 - 60 days). In plants grown with 1000 mg Pb/L we observed chlorosis and a significant decrease in weight (4 - 6.5 times) and length (3 to 13 times) of shoots and roots during 60 days. This result may be related to the increased lipid peroxidation (2 times) and accumulation of Pb (> 34 g Pb/kg roots [dry weight, DW]) in the roots of plants grown under this condition, in relation to control plants. With these results, we estimated critical concentration of Pb for A. farnesiana of 765 mg Pb/L. The Pb accumulation in plant tissues depended on the initial Pb concentration in the MS medium, finding higher concentration (15 - 70 times) in the roots than in shoots, indicating a low metal translocation. The translocation capacity was estimated by the translocation factor, which ranged between 0.01 and 0.06 independently of the initial Pb concentration and the culture time, suggesting that A. farnesiana is a Pb phytostabilizer species. The increase in glutathione-S-transferase (GST) (2 - 4 times) and glutathione reductase (GR) (1.5 -1.7 times) activities in roots and shoots due to the Pb, suggests that GSH participates as an antioxidant important in the detoxification of the ROS generated by the presence of Pb. In general, the GSH concentration was higher (up to 4 times) in shoots than in roots, increasing more than 5 units in shoots of plants exposed to 250 and 500 mg Pb/L with respect to control plants. AsA concentration in the shoots was also higher (1.1 - 4 times) than in roots, increasing up to two-fold particularly in shoots of plants grown with 500 mg Pb/L. The increase in the ASA and GSH concentrations in A. farnesiana grown under Pb stress conditions indicates their direct involvement in the ROS elimination, mainly in photosynthetic tissues.

Uno de los elementos más frecuentes como contaminante en los suelos en México y a nivel mundial es el plomo (Pb), un metal considerado carcinógeno y mutágeno. En las plantas, este elemento puede alterar diversas funciones celulares. No obstante, existen especies, como Acacia farnesiana (L.) Willd, capaces de crecen en sitios contaminados con altas concentraciones de metales pesados. Estas plantas toleran la presencia del Pb debido a mecanismos como el secuestro en pared celular, en la vacuola y/o la activación de sistemas enzimáticos y no enzimáticos capaces de eliminar especies reactivas de oxígeno (ERO) generadas bajo las condiciones de estrés inducidas por el metal; la sobreproducción de ERO puede destruir biomóleculas y alterar el metabolismo. Uno de los sistemas más eficientes para el control de ERO en las células es el ciclo ascorbato-glutatión, que involucra oxidaciones y reducciones sucesivas de ascorbato (AsA) y glutatión (GSH) catalizadas por diversas enzimas. Con base en lo anterior, el objetivo de este trabajo fue determinar el efecto del Pb sobre la morfología, crecimiento y estrés oxidativo en A. farnesiana, y su relación con la producción de AsA y GSH y la actividad de algunas enzimas del ciclo AsA - GSH. Para lo anterior, en condiciones in vitro, se evaluaron tres concentraciones de Pb (250, 500 y 1000 mg/L) y un control (0 mg/L) durante diferentes tiempos de cultivo (15 - 60 días). En las plantas crecidas con 1000 mg Pb/L se observó clorosis y una disminución significativa del peso (4 - 6.5 veces) y en la longitud (3 - 13 veces) de tallos y raíces, respectivamente, después de 60 días. Este resultado puede correlacionarse con la mayor lipoperoxidación (2 veces) y acumulación de Pb (>34 g Pb/kg raíz [peso seco, PS]) en las raíces de plantas crecidas en esta condición, respecto con las plantas control. Con estos resultados, se estimó una concentración crítica de Pb para A. farnesiana de 765 mg Pb/L. La acumulación de Pb en los tejidos de la planta dependió de la concentración inicial de Pb en el medio MS, encontrando una mayor concentración en las raíces (15 - 70 veces) que en los tallos, lo que indica una baja translocación del metal. Esta capacidad de translocación se estimó mediante el factor de translocación, que osciló entre 0.01 y 0.06 independientemente de la concentración inicial de Pb y del tiempo de cultivo, lo que sugiere que A. farnesiana es fitoestabilizadora de Pb. Se observó un aumento en la actividad glutatión-Stransferasa (GST) (2 - 4 veces) y en la actividad glutatión reductasa (GR) (1.5 -1.7 veces) en tallos y raíces de A. farnesiana por efecto del Pb, sugiere que el GSH participa de manera importante como antioxidante durante la detoxificación de ERO generadas por la presencia del Pb. En general, la concentración de GSH fue mayor (hasta 4 veces) en tallos que en raíces, en las plantas expuestas a 250 y 500 mg Pb/L se incrementó 2 veces a partir del día 30 con respecto a las plantas control, disminuyendo al mismo nivel que el control para el final del experimento. La concentración de AsA también fue mayor (1.1 - 4 veces) en los tallos que en las raíces, aumentando (1.9 veces) particularmente en tallos de plantas crecidas con 500 mg Pb/L a los 15 días. El incremento en la concentración de AsA y GSH en A. farnesiana crecida bajo condiciones de estrés por Pb indican su participación directa en la eliminación de ERO, principalmente en tejidos fotosintéticos.

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Última modificación: 10/05/2022
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