Regulación de la homeostasis iónica en plantas por el antiportador NA+/H+SOS1

Abstract

Aunque el locus SOS1 se identificó inicialmente, a la vista de los fenotipos mostrados por los mutantes sos1, como esencial no sólo para la tolerancia a salinidad sino también para la adquisición de K+, numerosos ensayos posteriores de transporte y expresión heteróloga en levadura descartaron su implicación en el transporte de este macronutriente. El papel de SOS1 en la adquisición de K+ parecía ser indirecto, a través de la prevención de la inhibición por Na+ de sistemas de toma de K+ como el canal AKT1. Mediante la formulación de medios de cultivo específicos con ausencia total de Na+ y K+, se comprobó que el fenotipo de sensibilidad a bajo K+ mostrado por el mutante sos1-1 era estrictamente dependiente de Na+, creciendo el mutante igual que la línea silvestre en ausencia de este catión. La línea akt1-2 mostró un crecimiento reducido a bajas concentraciones de K+, siendo el fenotipo independiente de la presencia de Na+. Se obtuvo también un doble mutante akt1 sos1, por cruzamiento clásico entre ambos mutantes simples, que se comportó como el mutante akt1-2 en ausencia de Na+ pero mostró un fenotipo más severo que ambos mutantes simples en presencia de este catión y bajas concentraciones de K+. La determinación de los contenidos iónicos reveló que mientras el efecto deletéreo de la mutación akt1-2 se debía a la menor toma de K+ a través de la raíz, las plantas portadoras de la mutación sos1-1 acumulaban K+ a niveles comparables a los de la línea silvestre, aunque con una mayor translocación a la parte aérea, y tomaban Na+ masivamente. Se concluyó que el fenotipo deletéreo de la mutación sos1-1 en medios pobres en K+ se debía a la sobreacumulación de Na+, promovida a concentraciones bajas de K+, lo que disminuiría el cociente K+:Na+ en la planta. El ácido aspártico en la posición 201 de SOS1 constituye un aminoácido muy conservado en antiportadores Na+/H+ de procariotas y eucariotas, siendo en muchos casos esencial para el transporte de Na+ a pH fisiológico. La no supresión del fenotipo de la cepa halosensible de levadura AXT3K y la no complementación de la línea mutante sos1-1 de Arabidopsis por el alelo SOS1_D201N demostraron la importancia de este aminoácido en la tolerancia a altas concentraciones de Na+. Se ha sugerido que la larga cola hidrofílica de SOS1 podría actuar como sensor de Na+ o que podría interactuar con proteínas reguladoras como sucede en otros transportadores llamados ¿transceptores¿. Puesto que el alelo SOS1_D201N codifica presumiblemente una proteína con su estructura intacta, se utilizó como herramienta para detectar funciones de SOS1 independientes del transporte de Na+. La no supresión por parte de este alelo mutado de los fenotipos de resistencia a metil viológeno y sensibilidad a H2O2 del mutante sos1-1 demostró la importancia de este aminoácido también en el comportamiento de SOS1 frente a estrés oxidativo, posiblemente porque los fenotipos bajo este tipo de estrés observados en el mutante derivan de su incapacidad para transportar Na+. Existen en la literatura numerosos antecedentes de mejora en la halotolerancia de distintas especies vegetales mediante la sobreexpresión de genes que codifican transportadores iónicos. Entre ellos, la sobreexpresión de SOS1 en plantas silvestres de Arabidopsis mejoró su supervivencia en tratamientos con Na+ y redujo la acumulación de este catión tanto en raíz como en parte aérea. En el momento de iniciarse la presente Tesis Doctoral, se había llevado a cabo en nuestro laboratorio un rastreo en levadura que había resultado en el aislamiento de varios alelos que suprimían el fenotipo de halosensibilidad severa de la cepa de levadura AXT3K. Se seleccionaron 4 alelos aislados en dicho rastreo, SOS1_A399V, SOS1_E261K, SOS1_P985S y SOS1_¿998, para su sobreexpresión in planta. Aunque los cuatro fueron capaces de complementar al mutante sos1-1 de Arabidopsis, sólo el alelo SOS1_¿998 fue capaz de aportar a la línea silvestre mayor halotolerancia que la obtenida mediante sobreexpresión del cDNA de SOS1, si bien el resultado fue mucho menor que el observado en levadura. Los alelos mutantes mejoraron ligeramente la tolerancia de la línea silvestre de Arabidopsis frente a Li+, especialmente SOS1_A399V y SOS1_E261K, aunque no se vio una correlación clara con la determinación de los contenidos iónicos. Finalmente, se realizó un rastreo nuevo en el que una genoteca del cDNA de SOS1 mutagenizado al azar en la cepa de E. coli XL1-Red se utilizó en una transformación a gran escala de plantas silvestres de Arabidopsis.