RESUMEN.

Formación de cristales de oxalato de calcio en las plantas parece jugar un papel central en una variedad de funciones importantes, incluyendo el tejido

la regulación del calcio, la protección contra herbívoros, y la desintoxicación de metales. Se están acumulando pruebas para apoyar el ácido ascórbico como el

precursor primario para la biosíntesis de oxalato. El ácido ascórbico utilizado en la biosíntesis de oxalato se sintetiza directamente dentro de la

oxalato de calcio cristalina de acumulación de células, llamado el idioblast cristal. Varias características únicas de la idioblast cristal han sido

propuesto como factores que influyen en la formación de oxalato de calcio. Estas características incluyen una abundancia de retículo endoplásmico (ER),

proteínas ácidas, componentes del citoesqueleto y la matriz intravacuolar. Un número de mutantes defectuosos en diferentes aspectos de la

formación de cristales de oxalato de calcio se han aislado. Caracterizaciones celulares y bioquímicos de los diversos mutantes tienen

mutaciones reveladas que afectan a la nucleación de cristales, morfología, distribución, y / o cantidad. Tales mutantes serán herramientas útiles en

continuos esfuerzos para descifrar los caminos de la formación de cristales y la función de las plantas.

Publicado por Elsevier Science Ireland Ltd.

INTRODUCCION.

Los cristales de oxalato de calcio planta es considerada una de

los primeros objetos de informes, fueron vistos bajo una luz

microscopio [1]. Dado que este informe inicial, cristales de oxalato

han sido encontrados en la naturaleza. Ellos han sido

observado [2] en las rocas, el suelo, y entre varios miembros del

de todos los cinco reinos (Monera, Protista, Hongos,

Plantae y Animalia). En todos los casos, los cristales son

formada a partir de calcio derivado del medio ambiente y desde

sintetizado biológicamente oxalato.

En las plantas, la deposición de oxalato de calcio es común.

Los miembros de más de 215 familias de plantas acumulan

Cristales dentro de sus tejidos [3]. Oxalato-producir

plantas, que incluyen muchas plantas de cultivo, se acumulan

oxalato en el rango de 3? / 80% (w / w) de su peso en seco.

Hasta el 90% del calcio total de una planta puede ser

encontrado como la sal de oxalato de [4? / 7]. Los cristales han sido

observado en prácticamente todos los tejidos de una planta. en

cualquier tejido que se encuentran los cristales, lo más a menudo

acumularse dentro de las vacuolas de las células especializadas denominadas

idioblastos cristal [7].

Las plantas producen una variedad de cristales de oxalato de calcio

formas y tamaños. La mayoría de los cristales se pueden clasificar en uno

de cinco categorías, en función de su morfología: cristal

arena, rafidios, drusa, estiloides, y prismáticas [8]. Por lo general,

la morfología de un cristal, así como su espacial

distribución, se conserva dentro de taxones específicos. varios

funciones para la formación de cristales en las plantas han sido

propuesta, sobre la base de tales propiedades [8].

Esta revisión delinear las formas en que las zancadas

hecho en estudios recientes contribuir a nuestro entendimiento actual

de formación de oxalato de calcio y sus funciones

en las plantas. Información adicional está disponible para obtener una

comprensión más completa de oxalato de calcio

en las plantas de los comentarios anteriores [5,7? / 12].

Funciones propuestas de oxalato de calcio

La diversidad de formas de cristal y tamaños, así como

su prevalencia y distribución espacial, han llevado a un

número de hipótesis sobre la función de cristales en

plantas. Las funciones propuestas incluyen la regulación del calcio,

equilibrio iónico (por ejemplo, sodio y potasio), planta

la protección, el apoyo del tejido (rigidez de la planta), la desintoxicación

(por ejemplo, metales pesados o ácido oxálico), y la captación de luz

y la reflexión [8]. A pesar de la evidencia en apoyo de muchos

de estas hipótesis que aún falta, apoyo para un papel en

regulación de los tejidos el calcio, protección de plantas, y de metal

desintoxicación ha ido en aumento.

la regulación del calcio

Se ha propuesto que la función primaria de la

idioblast cristal es la de servir como un disipador de calcio localizada

(Fig. 1) para reducir la concentración de calcio apoplásica

alrededor de las células adyacentes [11,13? / 15]. Los estudios realizados en apoyo de

esta hipótesis han demostrado, utilizando una variedad de plantas,

que el tamaño y número de cristales de oxalato de calcio son

sensible a los cambios en la concentración de calcio en

el entorno de la planta [13? / 17]. Varios informes recientes

[18? / 24] apoyan el papel de formación de oxalato de calcio en

regulación del calcio. Dos de estas memorias examinadas

si los cristales de diferentes morfologías habían variando

sensibilidad a las fluctuaciones en las concentraciones de calcio

[20,23]. Usando el rafidios y drusa acumulación

Planta de agua, Pistia stratiotes, Volk y sus colegas

propusieron que drusa y la formación de cristales rafidios sirven

diferentes pero relacionados funciones. Los autores presentaron

evidencia que indica que rafidios (en forma de aguja) crystal

formación puede servir una doble función de la regulación del calcio

y la defensa de la planta, mientras que la formación de cristales (en forma globular) drusa está estrictamente implicada en la regulación del calcio

[23]. Se encontró la formación de cristales drusa ser

dinámico y sensible a las fluctuaciones de calcio

niveles. Cuando los niveles de calcio son altos, cristal drusa

tamaño y el número aumentaron rápidamente. ¿Cuándo fue el calcio

limitar, tamaño del cristal drusa y el número disminuyó,

presumiblemente, liberando el calcio para su utilización por

la planta. La desaparición de los cristales en los tejidos bajo

condiciones de deficiencia de calcio y el crecimiento activo tiene

ha informado en un número de plantas [9,15,17,25? / 27]. en

Además, Volk y sus colegas identificaron un putativo

enzima, utilizando un anticuerpo oxalato oxidasa, que puede

desempeñar un papel en la degradación del oxalato liberado. este

antígeno era abundante en el idioblast cristal bajo

las condiciones de crecimiento de las plantas de prescripción de calcio, y fue

ausente en condiciones de crecimiento de la disponibilidad de calcio

Protección de las plantas

Obras recientemente publicadas [28? / 32] han citado un papel

para la formación de cristales en la protección de plantas, basado principalmente

en parámetros temporales, espaciales y / o morfológico

de la formación de cristales. Dos estudios han informado

que la acumulación de cristales de oxalato de calcio se incrementó en

hojas de Sida rhombilfolia [33] y las semillas de Noruega

abeto [29], en respuesta a la herbivoría o tejido artificial

hiriendo. Por lo tanto, en algunas plantas, oxalato de calcio

formación parece ser una respuesta de defensa inducible.

En un estudio gacela herbívoros [30,34], los autores

cuenta de que sólo las puntas de las hojas de los lirios del desierto eran

consumido. Tras el examen microscópico de las hojas,

se hizo evidente que las puntas eran las únicas áreas de

la hoja desprovista de cristales rafidios [34]. Ruiz et al. [31]

en comparación con la cantidad de oxalato de calcio de las plantas

acumulada a la cantidad de herbívoros que se produjo

en un lugar determinado. Lirios del desierto en tres diferentes

ubicaciones (valle Ardon, Neqarot cañón, y Machmal

valle) se estudiaron. Los autores encontraron que los lirios

que se hicieron crecer en los lugares donde era el pastoreo

alto contenía la mayor cantidad de cristales, mientras que

los que se hicieron crecer en lugares donde era pastoreo

mínima acumulada pocos cristales, si los hay,. Recorte o

hiriendo a las hojas de las plantas, sin embargo, no dio lugar a una

aumento en la acumulación de oxalato de calcio, lo que indica

que la formación de cristales no era inducible en este caso.

Por lo tanto, parece que la formación de cristales en ese estudio

era un proceso de desarrollo programado, y que

la formación de cristales puede haber estado bajo el selectiva

presión de herbivoría [31].

Investigaciones [35/39]? En brotes de contacto

dermatitis entre los trabajadores de campo y los procesadores, como resultado

en el descubrimiento de una relación entre la presencia de

cristales de oxalato de calcio y las erupciones cutáneas. La

agujas rafidios de oxalato de calcio perforaron la piel de

los trabajadores que permiten la savia de las plantas para entrar en el cuerpo en el sitio de la herida. Ejemplos de tales dérmica

irritaciones se informó a ser común en la flor

creciente [35,36] y las industrias de destilería [38], donde un

abundancia de agujas rafidios se libera durante el

la recolección y procesamiento de tejidos de la planta. El agave

jugo que se utiliza para hacer tequila se ha informado que

contener hasta 6.000 cristales / ml [38].

La desintoxicación de metales pesados

Varios estudios han demostrado que las plantas utilizan orgánica

ácidos (por ejemplo, citrato, malato, y / u oxalato) como mecanismos

lo que les permite tolerar diferentes metales pesados [40].

Algunas plantas utilizan oxalato de desintoxicar peligrosos

metales, como el plomo [41], de aluminio [42], estroncio

[43,44], y el cadmio [45], cuando están presentes en el medio ambiente.

Los estudios han indicado que la aplicación exógena

de tales metales en el entorno de la planta a menudo resulta en

la incorporación de los metales pesados en oxalato

cristales [43? / 46]. En suelos ácidos (aproximadamente el 40% de

la tierra cultivable del mundo), la toxicidad del aluminio es un importante

problema que limita la producción de cultivos [47]. micromolar

concentraciones de aluminio pueden inhibir el crecimiento de raíces

y afectar a la adquisición de nutrientes y agua. este

reducción de la función de la raíz es un problema importante en la

la producción de muchos cultivos importancia agrícola

especies [42,48]. Dos mecanismos de utilización de oxalato,

la exclusión y la tolerancia interna, se han desarrollado en las plantas

para que puedan resistir la toxicidad del aluminio [48,49]. la

mecanismo de exclusión implica la excreción de oxalato

en el medio ambiente por las raíces y se produce en

respuesta al estrés de aluminio externa [46]. El interno

mecanismo de tolerancia implica el secuestro de

de aluminio en forma no tóxica de aluminio-oxalato

dentro de la parte aérea de la planta [50]. Plantas como

trigo sarraceno utilizar ambos mecanismos de desintoxicación de aluminio.

oxalato biosíntesis

Una serie de vías para la producción de oxalato tienen

ha planteado la hipótesis. Estas vías incluyen la escisión

de isocitrato, hidrólisis de oxaloacetato, glicolato / glioxilato

la oxidación, y / o escisión oxidativa de L-ascórbico

ácido [2]. Mediciones bioquímicas, utilizando radiomarcada

precursores, admiten una división C2/C3 de ácido ascórbico como

una vía importante de la producción de oxalato [51? / 57]. Recientemente,

se ha renovado el interés por el ascorbato como

el precursor de la biosíntesis de oxalato. Mediante la incorporación

microautoradiography en el radiotrazador estudios, los investigadores

han fortalecido esta propuesta [58? / 60].

En estos estudios, se introdujeron compuestos radiomarcados

en cultivos de Pistia stratiotes plántulas [58],

Yucca torreyi raíces [59] cristal Pistia, o aisladas

idioblastos [60]. El radiomarcaje se incorporó en los cristales de oxalato cuando se suministra en forma de C1-

ascorbato etiqueta [58,59] o un precursor que lleva a C1-

etiqueta ascorbato [60]. Tomados en conjunto, estos estudios

ácido ascórbico sugerido como el precursor de ácido oxálico

producción, y por otra parte, que el precursor de ascorbato

es más probable producido dentro del propio cristal idioblast

[60] a través de la vía de Wheeler-Smirnoff [61,62]. la

presencia de L-galactono-g-lactona deshidrogenasa dentro de

la mitocondria de la idioblast cristal, la enzima

responsable de la conversión de L-galatonolactone a

ácido ascórbico, apoya estos resultados [63].

Oxalatos plantas y la salud humana

Oxalato en los alimentos vegetales impactos en la salud humana en al

menos dos maneras significativas [2,5,95]. En primer lugar, es un oxalato

antinutrientes, ya que hace que el calcio disponible para

la absorción nutricional por los seres humanos [96,97]. Este número de

biodisponibilidad de calcio es importante cuando se tiene en cuenta

la dependencia de las diferentes poblaciones de todo el mundo

en alimentos vegetales como su principal fuente de calcio y otros

minerales, así como el fracaso de muchas personas en el

Estados Unidos para satisfacer la cantidad diaria recomendada

(RDA) para la ingesta de calcio. En segundo lugar, oxalatos solubles

Se ha demostrado que suponen un peligro en algunos casos, cuando

ingeridas por el ganado de pastoreo [98] y los seres humanos

[95,99,100]. Desde la década de 1940 a través de la década de 1970, la planta de oxalato de acumulación halogeton se consideró

uno de los venenosa económicamente más destructiva

las plantas [98]. El consumo de grandes cantidades de esta planta,

lo que puede ocurrir durante el pastoreo, como resultado grandes pérdidas

de las ovejas y el ganado. La causa de la muerte fue atribuible

a la formación de cristales de oxalato de calcio en las paredes del rumen,

arterias y riñones (cálculos renales).

Prosiguen los esfuerzos para rastrear germoplasma [101] y

evaluar cuidadosamente las condiciones de crecimiento de las plantas [102? / 104] en

para producir cultivos con menores niveles de oxalato en

tejidos comestibles. La evidencia reciente indica que genética

manipulación para reducir el contenido de oxalato en planta

alimentos es otra alternativa viable [93]. Ejemplos de

algunos de los alimentos vegetales que contienen sustancial

cantidades de oxalato son las espinacas, el ruibarbo, y frijoles secos

[5,27,101,105]. Una mejor comprensión de los mecanismos

regulación de la formación de oxalato de calcio en las plantas

podría dar lugar a estrategias para mejorar la nutrición

composición de alimentos de origen vegetal.

conclusión

Aunque todavía queda mucho por descubrir sobre

formación de cristales de oxalato de calcio y la función en

las plantas, los últimos informes indican que se está avances

hecho. Los estudios indican que la vía de oxalato

la biosíntesis utiliza ascorbato como el precursor principal,

y que el ascorbato utilizado se produce directamente

dentro de la propia idioblast cristal. Planta de producción de oxalato

parece servir diversos roles funcionales que

proteger a la planta de sucumbir a una variedad de

medioambiental destaca como la herbivoría o exceso

metales en el suelo en el que crece. resultados recientes

sugieren que la manipulación de la cantidad y espacial

distribución de la formación de oxalato de calcio es factible.

Mejoras en la producción (por ejemplo, mediante la mejora de la planta

defensa) y la mejora de la calidad nutricional de los cultivos

plantas (por ejemplo, mediante el aumento de la biodisponibilidad de calcio) pueden

pronto será posible a través de la manipulación de calcio

formación de cristales de oxalato.

Aislamiento de mutantes de formación de oxalato de calcio

Para complementar las bioquímicas y celulares

Se han hecho esfuerzos investigaciones para identificar un

sistema genético adecuado para estudiar la formación de oxalato de calcio.

Un informe reciente [89] que ofrece el modelo de leguminosas

Medicago truncatula, como tal, un sistema. Los principales atributos de

M. truncatula incluye el tiempo de generación corto, pequeño tamaño del genoma (de tres a cuatro veces el tamaño de Arabidopsis),

capacidad de ser transformado, autógama y diploides

naturaleza, y el patrón espacial de cristales de oxalato de calcio

formación [90]. Por inspección visual de un SGA-mutado

Población de M. truncatula, mutantes han sido

identificado que difieren en el contenido de cristales de oxalato de calcio,

distribución espacial, número y morfología [89,91].

Como se preveía análisis, genética de los diferentes mutantes

indica que la formación de cristales es un proceso complejo

participación de múltiples loci [89,91].

Las alteraciones en el contenido de oxalato de calcio

Se aislaron una serie de mutantes de un mutagenizado

Población de M. truncatula que mostró una alteración

en el contenido de oxalato de calcio. Dos de las más extremas

mutantes en este sentido fueron c

¯

alcium o

¯

xalate d

¯

efective 4

(cod4) y cod5 [89]. El cod4 mutante acumulada

más oxalato de calcio, mientras que cod5 acumula menos

oxalato de calcio que los controles (Fig. 3A). De tipo salvaje M.

plantas truncatula acumulados a lo largo de cristales prismáticos

los haces vasculares en todos los diferentes tejidos de la planta con

la excepción de raíces, en el que no hay cristales se

observado. Las mediciones de contenido de oxalato en la

cod4 diferentes tejidos mostraron elevada oxalato tejido

niveles como resultado de la acumulación de cristal drusa. El contenido de calcio, sin embargo, no aumentó en proporción

para el aumento de oxalato (Fig. 3B). Por lo tanto, más de

el calcio tejido se repartió en el cristalino

se forman en las hojas y tallos de cod4 que los controles.

Mediciones de biomasa y la clorofila mostraron que la

cod4 mutación también dio como resultado una reducción global de

crecimiento de las plantas y el contenido de clorofila [92].

En contraste, no se detectaron cristales prismáticos en cualquier

de los diferentes tejidos del mutante cod5. mediciones

del contenido de oxalato en los diferentes tejidos

confirmó el fenotipo cristal cod5 exhibiendo bajos

niveles de oxalato en comparación con los de los controles. aunque

comprometidos en su capacidad de acumular cristales de

oxalato de calcio, cod5 exhibió un crecimiento similar a la de los

controles [93]. Por otra parte, cod5 y los controles contenidos

cantidades similares de calcio (Fig. 3B), sodio, y

potasio [93]. Estos hallazgos sugieren que el calcio

formación de cristales de oxalato no es esencial para la planta

crecimiento o desarrollo en el caso de M. truncatula.