Óxido nítrico: una molécula clave en las respuestas de defensa en plantas

El óxido nítrico (NO), desconocido hasta finales de los '80, es una de las moléculas más pequeñas y versátiles que existen.

En el ser humano, el óxido nítrico es fabricado por una amplia variedad de tipos celulares que incluyen células del sistema nervioso, del endotelio de los vasos sanguíneos y células que intervienen en los procesos inflamatorios, entre otras. Así, esta pequeña molécula tiene un papel fundamental en mamíferos en las respuestas inmunes que se manifiestan ante cualquier patología mediante una defensa antiinflamatoria.

Además de actuar como molécula señal en el ser humano, en plantas también interviene el óxido nítrico a la hora de presentar una defensa frente a una situación de estrés, ya sea debida a factores abióticos (sequía, inundaciones,etc) o bióticos (patógenos).

La investigadora Ana Maldonado del grupo de Bioquímica y Proteómica vegetal y agrícola de la Universidad de Córdoba ha dado en la Estación Experimental del Zaidín una charla sobre el estudio que esta llevando a cabo su grupo de investigación sobre esta peculiar molécula.

Las investigaciones de este grupo de científicos cordobeses se centran en el estudio de las respuestas de defensa y de tolerancia de las plantas ante estreses de tipo biótico y abiótico.

Existen unas plantas que resisten estos tipos de estrés y otras no, esto es debido a un tipo de moléculas que son las que permiten que las plantas puedan tener dicha resistencia.

La importancia de esta molécula radica en su implicación en las respuestas fundamentales de defensa molecular. Es una molécula pequeña, difusible con muchas funciones ya que se une a muchos sitios muy concretos de determinadas proteínas y es capaz, mediante estas uniones, de cambiar la función de dichas proteínas, tanto enzimas como proteínas estructurales.

El óxido nítrico es una molécula esencial en la regulación de numerosos procesos fisiológicos vegetales; concretamente, desempeña un papel crucial durante la señalización en las respuestas de defensa frente a patógenos y ejerce su papel principalmente a través de la modificación reversible de los grupos tioles de cisteínas (S-nitrosilación).

Para el grupo de la investigadora Ana Maldonado, la identificación de las dianas de S-nitrosilación y de los residuos específicos implicados es indispensable para conocer los mecanismos por los cuales esta molécula regula la activación de las respuestas de defensa en plantas.

Cuando una planta se encuentra ante una situación de estrés, aumenta la cantidad de óxido nítrico que se une a las proteínas cambiando su función. Según los niveles de óxido nítrico se coordina así la fisiología vegetal de la planta para que responda de forma rápida y lábil a la situación de estrés. Así, la planta responde de forma adecuada gracias al encendido o apagado de proteínas que realiza el óxido nítrico.

Un modelo para seguir

Con este objetivo este grupo de investigación ha utilizado el sistema modelo Arabidopsis thaliana- Pseudomonas syringae. El grupo de Ana Maldonado se centró en el uso de plantas de Arabidopsis; puesto que se trata de un sistema modelo, además, es la primera especie vegetal secuenciada de la que se conoce su genoma completo. Arabidopsis crece en espacios reducidos y se transforma fácilmente. Por otro lado, seleccionaron a Pseudomonas cómo modelo de patógeno bacteriano.

Para determinar como el óxido nítrico se une a residuos de cisteína y reduce las proteínas utilizaron un método denominado “biotin swich”. La unión entre el óxido nítrico y la cisterna es débil y lábil, por tanto, donde se encuentra unido el óxido nítrico se cambia por biotina dándose una unión estable y así se pueden capturar las proteínas que se han unido a la biotina. Mediante el uso de este método estos investigadores han purificado selectivamente proteínas y péptidos nitrosilados, añadiendo, en este último caso un paso adicional de digestión con tripsina previo a la purificación.

El análisis mediante nano-HPLC acoplado a un espectrómetro de masas LTQ les ha permitido la identificación de un listado de proteínas candidatos de S-nitrosilación: in vivo (en respuesta a la infección bacteriana) e in vitro (en las muestras tratadas con S-nitrosoglutatión) que pertenecen a diversos grupos funcionales, sugiriendo que el óxido nítrico regula la fisiología vegetal mediante la modificación covalente de proteínas.

Estos estudios sientan la base de cómo se defiende una planta lo que permitirá en un futuro la regulación en el uso de herbicidas e insectos incluso la aplicación de moléculas para realizar unas aplicaciones químicas más eficientes.