Análisis de la expresión de genes que codifican para proteínas de super familia LHC y su relación con la tolerancia estrés foto-oxidativos en la especie nativa Solarum chivence

Abstract

La exposición simultanea a las bajas temperaturas y alta intensidad lumínica causa la fotoinhibicióndel aparato fotosintético, fen6meno que afecta la productividad y la distribuci6n geográfica de los cultivos. En varias especies de solanaceas, la tolerancia a este tipo de estrés se ha asociado con un cierto estimulo en el NPQ, lo que implica una reorganizaci6n en las proteínas pertenecientes a los complejos colectores de luz (LHC). Para evaluar el rendimiento fotosintetico de Solanum lycopersicum y Solanum chilense y evaluar la regulaci6n transcripcional de genes que codifican para proteins del LHC y su participaci6n en el NPQ, plantas de ambas especies fueron expuestas a 4° C y 1300 gmol m-2 s-1 y se realizaron evaluaciones sobre la peroxidaci6n lipidica, la eficiencia fotosintetica y los cambios en los pigmentos del ciclo de las xant6filas. Los resultados presentados indican que S. chilense, al utilizar el exceso de energía de excitacien en el proceso fotoquimico, segue lo indicado por los parámetros qP y ETR, posee una mayor tolerancia a la foto-inhibicien que S. lycopersicum. La contribución de las proteinas LHC no estaría relacionada con disipar el exceso de energia en forma de calor (NPQ), sino más Bien con la función antioxidante atribuida a lazeaxantina, como se indica por la cantidad de lípidos peroxidados observados en S. chilense. Sesugiere que la expresión diferencial del gen Lhcal, con la consiguiente acumulación de proteinas Lhcal, proveeria de un mayor numero de sitios de union para zeaxantina lo que podria contribuir a la mayor tolerancia al estres foto-oxidativo por parte de S. chilense. La sobreexpresion del gen Lhcal en plantas de S. lycopersicum y Nicotiana tabacum contribuyo a mejorar la tolerancia al estres fotooxidativo de ambas especies cuando fueron expuestas a condiciones de bajas temperaturas y alta intensidad luminica, observandose un aumento significativamente mayor de zeaxantina en las plantas transformadas. El rol protector de la zeaxantina estaria involucrado en la protección antioxidativa de la membrana tilacoidal, previniendo el desarrollo del estres fotooxidativo y la consecuente peroxidación de lipidos. Bajo estas condiciones las plantas transformadas fueron capaces de mantener el proceso fotoquímico como el principal atenuador del exceso de energía de excitación absorbida./ ABSTRACT:Simultaneous exposition to low temperature and high light radiation cause photoinhibition of photosynthetic apparatus, affecting the productivity and geographical distribution of agricultural crops. In several Solanaceous species, tolerance to low temperature stress in combination with high light has been associated with some stimulation in NPQ, which involved reorganization in light-harvesting complex (LHC)proteins. To study photosynthetic performance in S. lycopersicum and S. chilense, and toinvestigate transcriptional regulation of genes encoding LHC proteins and their involvementin the NPQ, plants of both species were exposed to low temperature (4°C) and high lightradiation (1300 gmol m-2 s-'). Lipid peroxidation, photochemical efficiency and changes in xanthophyll cycle pigments were measured. The results presented here indicate that S. chilense showed higher tolerance to photoinhibition than S. lycopersicum under lowtemperature and high light conditions, increasing light-energy consumption in photochemical processes by increasing photosynthetic capacity as indicated by qP and ETR parameters. The contribution of light-harvesting chlorophyll a/b binding (LHC) protein was not related to dissipate excess excitation energy as heat (NPQ), but rather with the antioxidant function attributable to zeaxanthin as indicated by the amount of peroxidized lipids in S. chilense. We suggest that the differential expression of Lhcal transcripts, with zeaxanthin binding sites could contribute to the greater tolerance of S. chilense to photoxidative stress. The over-expression of Lhcal gen in S. lycopersicum and N. tabacum improved the photo-oxidative stress tolerance of both species under high light intensities and chilling temperature, with a significant increase of zeaxanthin in transformed plants. It is important to know that the over-expression of Lhcal its not involved in the zeaxanthin synthesis but rather provide binding sites for the newly formed zeaxanthin under stress conditions. The protective role of zeaxanthin could be involved in antioxidant protection of the thylakoid membrane, preventing the development of photooxidative damage and subsequent lipid peroxidation. The transformed plants were able to keep the photochemical process as quencher of excess excitation energy absorbed.