Evaluación del metabolismo del glutatión en la tolerancia a metales pesados

Resumen

Se estudiaron las respuestas de estrés oxidativo inducido por cadmio (Cd) y mercurio (Hg), característico síntoma de toxicidad por metales, en plantas de alfalfa crecidas en un medio semi-hidropónico con diferentes dosis de metal (0, 3, 10 y 30 ¿M) durante una semana. Ambos metales produjeron alteraciones en enzimas antioxidantes, siendo el Hg más tóxico que el Cd, destacando la inhibición de la actividad glutatión reductasa (GR), mientras que con Cd hubo mayor síntesis de fitoquelatinas (PCs). Estás diferencias en los mecanismos de toxicidad nos llevó a plantear la posibilidad de identificar las firmas de estrés específicas para elementos tóxicos (Cd, Hg y arsénico (As); 0, 6 y 30 ¿M) en la planta metalofita Silene vulgaris. Tras una semana de exposición, se confirmó que la inhibición de GR era un indicador específico de estrés por Hg, siendo de nuevo importante la producción de PCs en plantas tratadas con Cd. Asimismo, el Cd produjo fotoinhibición y alteración en proteínas relacionadas con el aparato fotosintético, lo que pudo estar relacionado con la mayor translocación de este metal a hoja. La evidente implicación del GSH y otros biotioles en la respuesta a metal(loide)s tóxicos nos llevó a plantear el experimentos funcionales para caracterizar en detalle su contribución en las respuestas Cd y Hg, para lo que utilizaron mutantes de Arabidopsis thaliana con niveles alterados de GSH y biotioles frente al ecotipo silvestre (Col- 0). Se trabajó con tres alelos mutantes de la enzima ¿-glutamilcisteina sintetasa (¿ECS), pad2-1, cad2-1, y rax1-1 (acumulan 20, 30 y 45% del GSH detectado en Col-0, respectivamente); y un mutante defectivo en fitoquelatina sintasa (PCS) cad1-3 (que no acumula PCs). Se diseñaron dos aproximaciones distintas, por un lado se infiltraron hojas de plantas Col-0, cad2-1, rax1-1 y cad1-3 o se cultivaron en un sistema hidropónico puro con Cd y Hg (0, 3, 10 o 30 ¿M) durante 24-72 h. Se observó que pequeñas diferencias en el contenido de GSH hace que la planta se enfrente al estrés de diferente manera, teniendo comportamientos similares a Col-0 en rax1-1, mientras que pad2-1 mostró la mayor sensibilidad. También se estudió el perfil transcripcional de genes de la ruta de asimilación de azufre y metabolismo del GSH en plantas de Arabidopsis Col-0, mutante de ¿ECS y cad1-3, tratadas con un nivel moderado de Hg (3 ¿M) durante 72 h. Se confirmó que los mutantes cad2-1 y pad2-1 fueron particularmente sensibles a Hg, al tiempo que es importante el nivel de GSH en el patrón de expresión génica. Nuestros datos apoyan la noción de un umbral crítico de concentración de GSH, observada en los mutantes rax1-1 con niveles de GSH más parecidos a Col-0, que permite tolerancia a Cd y Hg. Se ha puesto de manifiesto la importancia del GSH en la tolerancia, tanto a nivel del ajuste metabólico de la respuesta, como en la capacidad de absorción y transporte de metales y metaloides tóxicos, observándose respuestas específicas para cada contaminante. Esta información puede ser útil para la optimización de estrategias de descontaminación de suelos contaminados por elementos tóxicos mediante fitorremediación.