seminario bibliográfico acuaporinas

7/27/2019 seminario bibliogrfico acuaporinas

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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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