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Universidad de Concepcin
Facultad de Ciencia Naturales y Oceanogrficas
Departamento de Botnica
Laboratorio de Fisiologa Vegetal
Acuaporinas en plantas y su posible rol en la
regulacin del intercambio de agua y CO2 en
Hymenophyllaceas.
Carolina Hernndez Fuentes
Julio, 2009
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INTRODUCCION
La disponibilidad de agua es considerada como uno de los factores
fundamentales en la limitacin de la supervivencia, crecimiento y distribucin
geogrfica de las plantas (Scott, 2000). Desde que comenz la agricultura, la
insuficiencia en la disponibilidad de agua, ha sido uno de los principales factores
limitantes en la produccin de los cultivos. Por lo tanto, la comprensin de los
mecanismos que regulan la entrada y salida del agua en las clulas debe de ser uno de
los aspectos ms importante en el estudio de la fisiologa de los organismos en general.
La comprobacin de la existencia de las acuaporinas (AQPs) (Agre et al. 1997) o
canales de agua ha creado un reto para poder definir su papel en la biologa celular y
fisiologa de todos los organismos. Debido a que en las plantas, a diferencia de los
dems organismos, las AQPs forman una gran familia gnica, se podra inferir que las
AQPs juegan un papel primordial en los procesos biolgicos de las plantas en general.
El objetivo de este seminario es estudiar las acuaporinas y sus funciones en las
plantas y discutir sobre su posible papel en la regulacin de intercambio de agua y CO2
en la familia de helechos pelcula Hymenophyllaceae.
1. Acuaporinas: su descubrimiento y estructura.
Aos atrs se pensaba que el paso del agua a travs de las membranas era por
simple difusin cruzando la bicapa lipdica, sin embargo, existan evidencias que
sugeran que la entrada y salida de agua de algunas clulas (glbulos rojos y clulas de
los tubos proximales y dstales del rin) debera de estar mediado por un sistema que
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selectivamente dejaba pasar el agua a travs de las membranas (Finkelstein et al. 1987;
Verkman et al. 1992).
No fue sino hasta el descubrimiento de una protena integral de membrana de 28
kD aislada de eritrocitos y del rin, que se pudo demostrar la presencia de los canales
de agua o acuaporinas (AQPs). Esta protena llamada AQP1, consta de seis dominios
transmembrana con los extremos amino y carboxilo terminales ubicados del lado
citoplsmico, lo cual presenta una organizacin similar a la de los canales inicos
(Figura 1) (Agre et al. 2002; Verkman et al. 2000).
A B
Figura 1. Estructura de las acuaporinas (A), mostrando los seis dominios
transmembrana, sealando las zonas de duplicacin gnica (primera y segunda mitad),
el sitio de inhibicin por mercurio (Hg2+), las asas B y E con las regiones con
asparagina-prolina-alanina (NPAs), las regiones amino (NH2) y carboxilo (COOH), y la
serina 256, el sitio de fosforilacin por la quinasa A de protenas (PKA). La figura B, en
cambio, muestra un modelo de cmo las molculas de agua atravesaran a travs de las
acuaporinas (Extrado de Agre, 1997).
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La secuencia del cDNA revel una similitud entre los primeros tres segmentos
transmembranales con los tres ltimos, lo cual sugiri que el gen AQP1 es el resultado
de una duplicacin gnica. Las asas que conectan el segundo y tercer segmento
transmembranal en cada mitad de la protena contienen varios residuos altamente
homlogos, y NPA (asparagina-prolina-alanina) orientadas a 180 una de la otra (Agre
et al. 2002) (Figura 1.A). En la poca en que esta protena se identific existan en los
bancos de datos algunas secuencias homlogas, como la del cristalino de los bovinos,
del cerebro de Drosophila, en bacterias y en plantas, sin embargo, no se conoca las
funciones de estas protenas (Finkelstein, 1987).
Estos genes se agruparon en una familia altamente conservada de protenas
intrnsecas de membrana llamada MIP (Membrane Integral Proteins), que presentan,
adems de las caractersticas sealadas anteriormente, protenas con una masa
molecular de entre 26 y 32 kD.
En base a estudios que demostraban que las secuencias homologas a AQP1 en
plantas y humanos se expresaban en tejidos altamente permeables al agua, se considero
la posibilidad de que AQP1 pudiera ser un canal de agua. Para comprobar esta
hiptesis, se expres a la AQP1 en ovocitos de rana (Xenopus leavis), los cuales
normalmente presentan una baja permeabilidad al agua. Cuando los ovocitos de rana
inyectados con el cRNA de esta protena se colocaron en una solucin hipo-osmtica se
observ un incremento en la permeabilidad al agua, causando hinchamiento y
eventualmente el rompimiento del ovocito. Los incrementos en la permeabilidad al agua
presentaban una baja energa de activacin, fueron inhibidos por Hg2+, y no estaban
acompaados con cambios en la corriente elctrica del ovocito (Verkman, 1992). Estas
caractersticas se repitieron en experimentos de reconstitucin de esta protena en
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bicapas lipdicas, lo que demostr que la AQP1 realmente funcionaba como un canal de
agua (Verkman, 1992).
Debido a la permeabilidad tan particular que presentan, se ha realizado un gran
esfuerzo para obtener la estructura molecular de las AQPs. Como se mencion
anteriormente, en base a la secuencia de aminocidos se han podido identificar dos
regiones muy similares, el asa citoplsmica B y el asa extracelular E, cada una
conteniendo la secuencia conservada NPA (Figura 1.A). La presencia de cistenas en
posiciones cercanas a estas secuencias hace que las AQPs sean sensibles a los
compuestos mercuriales (Jung et al. 1994). Estos estudios fueron la base para proponer
que los monmeros de las AQPs poseen un poro acuoso en forma de reloj de arena
constituido por las asas B y E, las cuales se doblan hacia el interior de la bicapa lipdica
desde lados opuestos y entrando en contacto a la mitad de la bicapa (Jung et al. 1994;
Agre et al. 2002). Aunque cada monmero puede ser funcional y mediar el movimiento
de agua a travs de las membranas, estudios sobre la velocidad de sedimentacin,
inmunoprecipitacin y el anlisis de polipptidos dimricos de AQP1 sugieren que los
canales de agua forman oligmeros (Jung et al. 1994; Agre et al. 2002).
La estructura ms detallada se obtuvo mediante cristalografa y la reconstitucin
de AQP1 en altas concentraciones de protena en membranas lipdicas, lo cual condujo a
la formacin de cristales de membrana que mantuvieron su capacidad de transportar
agua y que ayud a obtener la visin de que las AQPs forman tetrmeros (Walz et al.
1995; Murata et al. 2000) a travs de los cuales ocurre el movimiento masivo del agua
en respuesta a un gradiente osmtico.
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1.2 La diversidad de las acuaporinas en plantas.
Durante los ltimos aos se han caracterizado AQPs en ms de 30 especies
vegetales incluyendo mono y dicotiledneas. La gran abundancia de AQPs en plantas
(en A. thaliana existen 38 genes que codifican para AQPs (Quigley et al. 2002)
comparada con la de los animales en los cuales se han identificado 10 genes, sugiere dos
posibilidades:
La primera posibilidad es que las AQPs en plantas se puedan encontrar
distribuidas en membranas de los diferentes compartimentos celulares
(mitocondria, cloroplasto, peroxisomas, retculo endoplsmico, Golgi, diferentes
tipos de vacuolas y otro tipo de vesculas) (Vera et al. 2004). La presencia de
AQPs en los diferentes compartimentos pudiera ser el mecanismo que las clulas
utilizan para regular los cambios en el potencial osmtico que sufren durante los
diferentes tipos de estrs a los que las plantas se ven sometidas continuamente.
Una segunda posibilidad sera que la expresin de algunas de las AQPs puede
depender, ya sea del estado de desarrollo de la planta, o de las condiciones
ambientales a las que est expuesta (Vera et al. 2004).
Por anlisis filogentico las AQPs de plantas se han agrupado en cuatro familias: las
protenas intrnsecas de la membrana plasmtica (PIPs), las protenas intrnsecas del
tonoplasto (TIPs), las pequeas protenas bsicas integrales (SIPs) (Kammerloher et al.
1994; Schffner, 1998; Quigley et al. 2002) y las protenas parecidas a la nodulina
(NIPs) (Quigley et al. 2002), grupo donde se encuentran aquellas protenas que facilitan
el transporte de glicerol.
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Las protenas NIP estn agrupadas por tener una alta homologa con la protena
NOD (Quigley et al. 2002), la cual es una acuagliceroprotena, que transporta agua y
glicerol, y que se encuentra expresada en la membrana peribacteroidal de los ndulos
simbiticos de la raz de plantas leguminosas (Fortin et al. 1987; Dean et al. 1999).
Dentro de este grupo se encuentran 8 genes homlogos en el genoma de A. thaliana, y
actualmente se desconocen la localizacin celular, la funcin y los patrones de
expresin de estos genes en las especies vegetales que no presenta la formacin de
ndulos simbiticos. La subfamilia de genes SIP solo se ha identificado por anlisis
computacional, ya que los productos de estos genes no se han podido caracterizar
experimentalmente.
La mayora de los genes agrupados en la familia de los MIPs en plantas poseen las
propiedades de los MIPs identificados en otros organismos como son: un peso
molecular entre 26 y 32 kD, seis dominios transmembrana y los dominios NPA en las
dos mitades de la protena. Los SIPs y NIPs no poseen todas estas caractersticas, sin
embargo, presentan los dominios conservados NPA, los cuales les otorgan la capacidad
de ser permeables al agua y formar un poro estable en la membrana lipdica. Estudios
estructurales y proyecciones de cristales de dos dimensiones indican que al menos dos
de estas protenas de plantas, AtTIP3;1 y AtPIP2;3, presentan una estructura tpica
tetramrica, y cada monmero forma un poro funcional individual (Agre et al. 1993).
Con respecto a la clasificacin de TIPs y PIPs, como protenas intrnsecas de
membrana que se localizan en el tonoplasto y en la membrana plasmtica
respectivamente, existen evidencias de que esta clasificacin no es correcta, ya que se
ha observado que algunas de las AQPs clasificadas dentro de estas dos sub-familias no
necesariamente se expresan en el tonoplasto o membrana plasmtica, sino que se
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localizan en las membranas de otros organelos intracelulares (Barkla et al. 1999; Vera
et al. 2000).
1.3 Expresin de las acuaporinas en las plantas.
En general, cuando las plantas detectan cambios en la disponibilidad del agua en
el medio que las rodea, sufren una alteracin en el potencial osmtico. Para balancear
estos cambios, las clulas vegetales requieren llevar a cabo la regulacin en la actividad
y/o expresin de los diferentes mecanismos de transporte de solutos y agua presentes en
sus membranas. Se ha demostrado que estmulos ambientales tales como, la sequa y la
salinidad, as como incrementos en la sntesis del regulador del crecimiento vegetal, el
cido abscsico (ABA; relacionado con la percepcin del estrs osmtico), traen como
consecuencia cambios en la regulacin de los niveles de expresin de AQP del
tonoplasto y de la membrana plasmtica (Weig et al. 1997; Quigley et al. 2002).
La induccin de las AQPs a nivel de transcrito durante el estrs osmtico se ha
reportado en diferentes tejidos y especies vegetales: en plntulas y partes areas de A.
thaliana (AtPIP y AtTIP1; AtPIP2; AtTIP1;1 y AtTIP2;1) (Weig et al. 1997), partes
areas de chcharo (trg31) (Guerrero et al. 1990), tallos de tomate (pTOM75) (Fray et
al. 1994), anteras e inflorescencia de la coliflor (mipA; BobTIP) (Ruiter et al. 1997;
Quigley et al. 2002), races y partes areas del arroz (rTip1) (Liu et al. 1994;
Samarajeewa et al. 1999), hojas y races de girasol y de la planta de resurreccin
SunTIP7 (Sarda et al. 1997; 1999); CpPIPa6, CpPIPa7, CpPIPa244, y en las hojas de
Nicotiana glauca (NgMIP5) (Smart et al. 2001). En contraste con estos resultados, se ha
observado que el estrs osmtico causa una disminucin de la expresin de los mRNA
de AQPs en hojas, races y tallos deN. glauca (NgMIP2, NgMIP3 y NgMIP4) (Smart
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et al. 2001), races de girasol (SunTIP18) (Sarda et al. 1999), y en races y hojas de
Mesembryanthemum crystallinum (McMipA y McMipC) (Yamada et al. 1995).
Trabajos recientes apoyan el papel de algunas AQPs en la tolerancia al estrs
hdrico. Mediante la manipulacin de los niveles de transcrito de algunas PIPs (Aharon
et al. 2003), ya sea mediante la supresin del mRNA por antisentidos (Kaldenhoff et al.
1998; Martre et al. 2002; Siefritz et al. 2002) o por insercin de T-DNAs (Javot et al.
2003), se ha observado que la represin de la expresin de las AQPs resulta en cambios
en la conductividad hidrulica en las races, en la velocidad de transpiracin, y cambios
en la permeabilidad osmtica, y en algunos casos se afecta la capacidad de las plantas
para recuperarse en suelos deficientes en agua (Martre et al. 2002; Siefritz et al. 2002;
Aharon et al. 2003).
Pocos trabajos se han enfocado hacia el estudio de la regulacin de la expresin
de las AQPs por estrs osmtico a nivel de protena. Sin embargo, cuando factores
como estabilidad de mRNA y alteracin en la expresin de la protena se toman en
consideracin, existen evidencias que sugieren que la regulacin a nivel transcripcional
no coincide con los cambios en los niveles de protenas. Por ejemplo, estudios
realizados sobre la expresin de AtPIP2;3 en A. thaliana indican que mientras la
sequa induce la expresin del gen a nivel transcripcional (Weig et al. 1997), a nivel de
la protena no se observa cambio alguno (Daniels et al. 1999).
En la halfila M. crystallinum, utilizando anticuerpos pptido-especficos, se ha
observado que existe una regulacin diferencial en los niveles de expresin de las
diferentes AQPs por estrs salino y por estrs osmtico. Por ejemplo, durante el estrs
salino, la cantidad de la protena McTIP1;2 se reduce en el tonoplasto de las hojas
mientras que un incremento de McPIP2;1 ocurre en la raz. Al mismo tiempo, no se
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observaron cambios en la expresin de McPIP1;4 y McPIP1;2 en ningn tejido de la
planta (Tae et al. 2000; Kirch et al. 2000). El estrs osmtico caus un aumento en los
niveles de expresin de la protena McTIP1;2 en las hojas y en la raz, que contrastan
con la disminucin causada por el estrs salino (Javot et al. 2003). Estos resultados
sugieren que la planta es capaz de discriminar exactamente entre el estrs inico y el
estrs osmtico, posiblemente a travs de diferentes mecanismos de transduccin de
seales involucrados en la adaptacin de M. crystallinum a estos tipos de estrs.
Adems de un aumento en los niveles de expresin de McTIP1;2 en el tonoplasto
causados por el estrs osmtico, se ha observado que existe un cambio en la distribucin
de esta protena en las diferentes endomembranas aisladas de las hojas y de clulas en
suspensin de M. crystallinum, el cual se correlaciona con los cambios en el potencial
osmtico de las clulas (Tae et al. 2000). Sin embargo, estos cambios de distribucin de
McTIP1;2 no se observan en las races de las mismas plantas, en las cuales slo se
observa un incremento en la cantidad de protena en la fraccin correspondiente al
tonoplasto. Los cambios en la distribucin de McTIP1;2 en las diferentes
endomembranas sugiere la participacin del trfico vesicular durante esta respuesta, el
cual puede ser un mecanismo importante de regulacin de la expresin de esta protena
y la participacin de las AQPs en la regulacin del estrs hdrico en compartimentos
celulares diferentes a la membrana plasmtica y el tonoplasto (Vera et al. 2004).
1.4 Funcin de las acuaporinas en plantas.
El anlisis de la expresin heterloga de AQPs de origen vegetal en ovocitos de
X. leavis ha sido uno de los mtodos ampliamente utilizados para determinar la funcin
de las AQPs en plantas. Varios mRNA de MIPs correspondientes al tonoplasto y la
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membrana plasmtica se han inyectado en ovocitos, los cuales han causado que la
permeabilidad al agua de estas clulas aumente entre 2 a 20 veces (Daniels et al. 1996;
Tyerman, 2002; Vera, 2004).
Para determinar la funcin de las AQPs en plantas se han llevado a cabo
diferentes estudios sobre las propiedades de los canales de agua, como son, la presencia
de una alta permeabilidad osmtica, sensibilidad al Hg2+, una baja dependencia de la
temperatura, lo que refleja una baja energa de activacin, y que la razn entre la
permeabilidad osmtica (Pf ) y la permeabilidad difusional del agua (Pd) sea mayor a
uno (Pf/Pd >1). Estos parmetros se han medido en vacuolas, protoplastos, clulas
intactas, en races completas y en vesculas aisladas de la membrana plasmtica y
tonoplasto de varias especies vegetales (Maurel, 2002). De estos estudios se ha
observado que la permeabilidad osmtica del tonoplasto es mucho mayor que la de la
membrana plasmtica (Maurel et al. 1997; Niemietz et al. 1997; Kaldenhoffet al. 1998;
Maurel, 2002), lo cual es consistente con la idea de que la vacuola es capaz de controlar
el balance inico del citoplasma. Esto sugiere que las AQPs de la membrana plasmtica
deben de tener diferentes propiedades que les permiten tener un mejor control del flujo
de agua a travs de sta membrana.
La permeabilidad de las AQPs de la membrana plasmtica al agua ha sido
demostrada mediante el uso de la tcnica de silenciamiento de genes del subgrupo de
AtPIP1, la cual comprende cinco genes que transportan agua en protoplastos aislados de
Arabidopsis thaliana (Kaldenhoff et al. 1998). Las plantas de A. thaliana expresando
el antisentido de AtPIP1;2 mostraron un crecimiento del sistema radicular cinco veces
mayor al de las plantas no transformadas. El aumento en el sistema radicular de las
plantas transformadas se interpret como la necesidad de incrementar la superficie de
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absorcin de la raz para as poder compensar la disminucin en la conductividad
hidrulica que las clulas de la raz sufren al silenciar esta AQP1 (Murata et al. 2000).
La expresin del antisentido de un homlogo de esta protena en tabaco
(NtAQP1) demostr que al menos el 55 % de la conductividad hidrulica de las races
de estas plantas estara determinada por el subgrupo de las PIP1 (Siefritz et al. 2002).
Contrario a lo observado en las plantas de A. thaliana, estas plantas no presentaron un
fenotipo diferente al de las plantas silvestres (Siefritz et al. 2002). Utilizando dos
mutantes knock-out de AtPIP2;2 se comprob que esta AQP contribuye
significativamente a la permeabilidad al agua de las clulas de la corteza de la raz,
demostrando que esta AQP participa en el transporte osmtico del agua en la raz
(Javot, 2003). Estos resultados demuestran que a pesar de la gran cantidad de isoformas
de AQPs en plantas, estas isoformas han evolucionado sin presentar una abundancia
funcional.
Mediante el uso de plantas transgnicas con el antisentido de AtPIP1;1,
Kaldenhoff et al. (1995) observaron que el cambio de volumen en protoplastos fue
menor y ms lento en respuesta a un cambio osmtico, comparado con las plantas
silvestres, sugiriendo que la expresin del antisentido provoc una disminucin en la
permeabilidad al agua. El fenotipo de estas plantas transgnicas fue similar al
observado en plantas expuestas a estrs hdrico (Kaldenhoffet al. 1995).
La lista de solutos pequeos que pueden moverse a travs de las AQPs en
plantas ha aumentado recientemente, estos estudios se han realizado utilizando
diferentes mtodos como son, expresin heterloga en ovocitos de X. laevis y en
mutantes de levadura en el transporte de metabolitos. El transporte de otros metabolitos
por las AQPs que comnmente se han estudiado son la urea y el glicerol. La primera
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MIP que se identific que adems de agua transporta glicerol y urea fue GmNOD26 de
soja (Rivers et al. 1997) y posteriormente NtAQP1 (Biela et al. 1999) y NtTIPa
(Gerbeau et al. 1999) ambas de tabaco. Mutantes de levadura en el transporte de urea
fueron complementadas con las AQPs, CpNIP1, similar a NOD26 de calabaza,
AtTIP2;1 y AtTIP1;1 de A. thaliana (Klebl et al. 2003), sugiriendo que estas AQPs
tambin median el transporte de urea in vivo. En Chara corallina (Henzleret al. 1995)
mediante el uso de la sonda de presin se demostr que las AQPs transportan H 2O2.
Se ha sugerido tambin un posible rol de la acuaporinas en el transporte de CO 2
para la fotosntesis, estando estas involucradas en la conductancia de CO2 del mesfilo
(gm). La primera evidencia fue dada por Terashima & Ono (2002), quien vio disminuida
la conductancia de CO2por HgCL2, Uehlein et al. (2003) demostr que acuaporinas de
tabaco NtAQP1 facilitaba el transporte transmembrana de CO2 por expresin en
ovocitos de Xenopus. Adems, la sobreexpresin de heterlogos de PIP1b de
Arabidopsis en tabaco resulto en una mayor eficiencia fotosinttica bajo condiciones
favorables (Aharon et al. 2003). Recientemente, se han encontrado ms evidencias que
sugieren un rol especfico de las acuaporinas en la regulacin de gm. En plantas
transgnicas de arroz, que sobreexpresan la acuaporina HvPIP2;1, se encontr que no
solo presentan un mayor gm, sino tambin presentaron diferencias anatmicas (en el
mesfilo y los cloroplastos) y fisiolgicas (en la concentracin de la Rubisco) (Hanba et
al. 2004). Sin embargo, aun no est claro el efecto directo que tendran las acuaporinas
sobre gm, o indirecto a travs de cambios causados en la anatoma y fisiologa de las
plantas transformadas (Kaldenhoffet al. 2007). Adems, Jang et al. (2007) mostr que
la expresin de acuaporinas forneas desestabiliza los patrones naturales de expresin
de acuaporinas endgenas, complicando aun ms la interpretacin de los resultados
obtenidos por Hanba et al. (2004). Cambios en la expresin de NtAQP1 endgena en
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tabaco, caus diferencias en la gm sin cambios en la anatoma de la planta (Flexas et al.
2006). Este resultado, junto con el hecho de que NtAQP1 es permeable al CO2, sugiere
la participacin directa de NtAQP1 en gm, a travs de disminucin o incremento en la
capacidad fotosinttica en plantas antisentido o donde se sobreexpreso el gen de
NtAQP1, respectivamente, lo cual podra dar cuenta de algunos cambios observados en
la fotosntesis.
1.5 Mecanismos que regulan la actividad de las acuaporinas.
Adems de la regulacin de la expresin de las AQPs a nivel transcripcional
existen evidencias que sugieren que su actividad y/o especificidad puede ser regulada a
nivel post-traduccional. Por medio de estudios de expresin de esta protena en tabaco
se ha podido observar que AtTIP3;1 puede ser fosforilada en los compartimentos
prevacuolares por una quinasa de protenas dependiente de Ca2+ (CDPK) (Johnson et
al. 1992; Zhao et al. 2008). Es interesante hacer notar que la fosforilacin de AtPIP3;1
es dependiente del potencial osmtico extracelular (Johansson et al. 1996). La
regulacin de las AQPs por fosforilacin se ha estudiado mediante la expresin
heterloga de las AQPs AtTIP3;1 y AtPIP2;3 en ovocitos de X. laevis (Maurel et al.
1997; Johansson et al. 1998). Empleando agonistas y antagonistas de quinasas y
fosfatasas de protenas se demostr que la permeabilidad de AtTIP3;1 y AtPIP2;3
aument cuando se fosforilaron los sitios de reconocimiento de una CDPK (Maurel et
al. 1997; Johansson et al. 1998).
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Figura 2. Ilustracin de la estructura y mecanismos gatillados en AQPs presentes en las
membranas plasmticas de plantas (Extrado de Horsefield et al. 2006).
Adems, en estudios realizados con NOD26 reconstituida en bicapas lipdicas
demostraron que la fosforilacin de esta protena por una CDPK de plantas aument la
actividad de esta AQP (Figura 2) (Lee et al. 1995). Se ha propuesto que la fosforilacin
de las AQPs de plantas afecta a la apertura y cierre del poro, y de esta manera, regula la
actividad de las mismas, contrastando este hecho con lo descrito en AQPs de animales
en donde la fosforilacin es importante para el trfico de estas protenas desde
membranas intracelulares a la membrana plasmtica.
1.6 Hymenophyllaceae como modelo de estudio del rol de las acuaporinas en las
plantas.
Las Hymenophyllaceas, pertenecen a una de las familias ms primitivas dentro
de la clase Filicopsida (Pryer et al. 1996, Kenrick & Crane 1997). Esta familia se
caracteriza porque sus especies son en su mayora epfitas, normalmente no tienen
cutcula (o esta es muy reducida), carecen de una epidermis diferenciada y adems
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carecen de estomas. Por lo tanto, carecen de un mecanismo eficiente que prevenga la
perdida de agua desde sus tejidos (Krmer & Kessler, 2006). Las Hymenophyllaceae
son generalmente percibidas como plantas de constante humedad y de lugares de
sombra profunda, pero algunas especies tienen la particularidad de tolerar la desecacin
y en algunos casos la luz solar directa (Hennequin et al. 2002). La tolerancia a la
desecacin se define como la capacidad de secarse en equilibrio con el aire y de revivir
tras la prdida completa de agua protoplasmtica despus de rehidratarse (Bewley,
1979; Proctor & Pence 2002; Vicr et al. 2004). Adems algunas especies de esta
familia pertenecen al pequeo nmero de plantas que son consideradas como plantas de
resurreccin (alrededor de un 0,2% del total de la flora) (Proctor & Tuba, 2002). Las
plantas de resurreccin son el nico ejemplo entre las plantas vasculares que tienen la
capacidad de sobrevivir durante el dficit hdrico extremo (Moore et al. 2006). Es decir,
cuando el protoplasto llega a tener incluso menos de un 2% de contenido relativo de
agua en las hojas (Albini et al. 1999). Estas plantas se caracterizan porque durante la
desecacin logran un estado quiescente en la que pueden permanecer durante largos
periodos (Bernacchia & Furini, 2004; Salamini, 2001), incluso aos (Kranner et al.
2002). Estas plantas no solo logran sobrevivir a una deshidratacin extrema, sino que
tambin, al ser rehidratadas salen de este estado quiescente y recuperan todas sus
funciones metablicas en un corto periodo de tiempo (Albini et al. 1999). Cuando se
produce la rehidratacin, estas plantas rpidamente reviven y pueden recuperar su
mxima eficiencia fotosinttica dentro de 24 horas (Bernacchia et al. 1996; Bernacchia
& Furini, 2004). El dao en los tejidos durante este ciclo de deshidratacin-secado-
rehidratacin parece ser mnimo o inexistente (Proctor & Tuba, 2002).
La fisiologa de estas plantas est muy poco estudiada (Proctor, 2003), aunque,
es ampliamente aceptado que el agua se capta y se pierde muy fcilmente a travs de la
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superficie de la fronda y que no depende en gran medida del contenido de agua que se
movilice a travs de su sistema vascular (Proctor, 2003). Esto, debido a que sus frondas
corresponden a un tejido monolaminar (una sola capa de clulas), lo cual las hace
especies muy sensibles a los contenidos de agua relativa ambiental (Tryon & Tryon,
1982).
En chile los helechos pelcula incluyen 23 especies, siendo uno de los
principales componentes epfitos del Bosque templado lluvioso del Sur de Chile
(Martocorena & Rodrguez, 1995). Sin embargo, aparte de la caracterizacin bsica de
los hbitat donde encontramos estos helechos pelcula, no existe mucha informacin
respecto a las respuestas funcionales a la heterogeneidad ambiental caracterstica del
grupo (Parra et al. 2008). Se sabe, que existe una variacin vertical de los factores
ambientales en los hospederos, donde la temperatura, disponibilidad lumnica y
velocidad del viento aumentan con la altura, mientras que la humedad y la
disponibilidad de nutrientes disminuye (Johansson 1974; Meinzar & Goldstein 1996;
Parra et al. 2008). Por lo tanto, especies que ocupan rangos de distribucin superiores
se encuentran sometidas a una mayor presin de factores desecantes.
En chile, estudios realizados en un bosque templado lluvioso secundario, indican
que la distribucin de estos helechos presenta una correlacin negativa con la apertura
del dosel y con la disponibilidad de agua, encontrndose as la mayor cantidad de
especies bajo los 60 cm de altura en el hospedero, no obstante, algunas de las mismas
son capaces de habitar el rango de distribucin completo. En esta distribucin
contrastante se encuentran dos especies: Hymenoglossum cruentum, relegada a la base
de los troncos, e Hymenophyllum dentatum, presente a lo largo de todo el rango de
distribucin (Parra et al. 2008), estas dos especies, estn consideradas como plantas de
resurreccin. Estas diferencias en distribucin y abundancia no estaran explicadas por
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sus respectivas respuestas a la intensidad lumnica, ya que, a pesar de disminuir en
ambas especies sus rendimientos cunticos conforme aumentala irradianza, son capaces
de disipar eficientemente el exceso de energa en forma de calor (Acua et al. 2008).
Por estas razones, la orientacin de estos helechos estara mayormente limitada por la
disponibilidad de agua.
La informacin sobre la regulacin del agua y de acuaporinas en Pteridophytas y
especialmente en los helechos pelcula es limitada. Dada la peculiar morfologa de las
frondas de la familia Hymenophyllaceas (frondas estn compuestas por una sola capa de
clulas, poiquilohdricas, carencia de estomas y la obtencin de agua a travs de las
frondas, independiente del sistema vascular) (Proctor, 2003), hace que estos helechos
sean un modelo interesante para el estudio de las acuaporinas como un posible
mecanismo de intercambio de agua entre las clulas de las frondas y la atmsfera.
Adems, se espera que el sistema de transporte de agua entre la monocapa de clulas de
la fronda y el ambiente es de gran importancia no slo para el balance hdrico (Cochard
et al. 2007; Nardini et al. 2005), sino tambin en la absorcin de nutriente y el
intercambio de CO2 que ha sido propuesto que estara mediado por la acuaporinas
(Maurel, 2007).
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