Guía docente de Respuestas de la Planta al Estrés Abiótico (M48/56/2/13)

En esta materia se abordará desde un punto de vista multidisciplinar, mediante técnicas de bioquímica, biología celular y molecular, el estudio de los mecanismos implicados en la respuesta e inducción de tolerancia de la planta a distintos tipos de estrés abiótico. En particular, se analizará la función de las especies de oxígeno y nitrógeno reactivo (ROS y RNS) como generadores de estrés oxidativo ó como moléculas señal en la regulación de la expresión génica y de actividades enzimáticas en respuesta al estrés. Además, se estudiará la fisiología molecular del estrés abiótico en plantas, haciendo especial hincapié en el papel de las membranas vegetales en la respuesta al estrés abiótico. Se estudiará la función de los transportadores iónicos de las células vegetales y de sus proteínas reguladoras, así como su relevancia en la tolerancia a ciertos tipos de estrés.

 El alumno sabrá/comprenderá/será capaz de:

• RA1. Los fundamentos básicos de la formación, mecanismo de acción y sistemas de defensa de las especies de oxígeno y nitrógeno reactivo (reactive oxygen species/reactive nitrogen species, ROS y RNS).
• RA2. Identificar las fuentes de las especies de oxígeno y nitrógeno reactivo y su función tanto en condiciones fisiológicas como de estrés, así como identificar  los sistemas antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos encargados de regularlos.
• RA3. Percibir la implicación de las especies reactivas de oxígeno y nitrógeno en procesos fisiológicos complejos como son la respuesta de las plantas frente a condiciones adversas, el desarrollo, la maduración de los frutos, y la senescencia a través de diferentes abordajes teóricos-técnicos actuales.
• RA4.  La importancia del control de la homeostasis iónica en la tolerancia a condiciones ambientales adversas.
• RA5. Desarrollar un análisis crítico de la información científica, a través de la discusión de publicaciones relacionadas con la temática de la materia, así como del estudio y discusión de los resultados obtenidos en las clases prácticas.
• RA6. Aplicar estrategias de mejora de la tolerancia a estreses abióticos en plantas transgénicas con genes responsables de la homeostasis iónica mediante las metodologías de aislamiento y purificación de membranas vegetales, aislando transportadores iónicos y sus proteínas reguladoras en la tolerancia a estrés abiótico, particularmente salinidad.

1. Bioquímica y fisiología molecular del estrés abiótico en plantas.
2. Química de la molécula de oxígeno: formas excitadas y formas reducidas.
3. Toxicidad del oxígeno.
4. Sistemas biológicos de protección: antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos.
5. Producción de especies de oxígeno reactivo en orgánulos celulares: cloroplastos, mitocondrias, peroxisomas, retículo endoplasmático y núcleo.
6. Funciones útiles de los radicales libres de oxígeno en el metabolismo celular.
7. Producción de radicales de oxígeno en situaciones de estrés.
8. Óxido nítrico (NO) en plantas: respuesta a estrés
9. Bases moleculares del transporte iónico en plantas
10. Papel de las membranas plasmática y vacuolar en la tolerancia a estreses abióticos: salinidad
11. Mejora de la tolerancia de las plantas a estreses abióticos: La transformación genética como herramienta para obtener plantas tolerantes a estrés. Algunos ejemplos ilustrativos.
12. Aproximaciones metodológicas aplicadas al estudio del estrés abiótico:

• Aislamiento de fracciones celulares: orgánulos, membrana plasmática y tonoplasto.
• Detección, identificación y caracterización de parámetros relacionados con el estrés abiótico: estrés oxidativo y nitrosativo, salinidad, transportadores de membrana, etc.

SEMINARIOS/TALLERES

• ROS, RNS y antioxidantes en Agricultura
• Exposición y Discusión por Parte de los Alumnos de Publicaciones Científicas Relacionadas con el Curso

PRÁCTICAS DE LABORATORIO:

Práctica 1. Purificación de membrana plasmática a partir de microsomas aislados

Teórico/Práctica 2. Actividad de transporte iónico en membranas nativas o reconstituidas mediante técnicas fluorimétricas

Práctica 3. Metabolismo oxidativo, sistemas antioxidantes

-Mourad Baghour, Francisco Javier Gálvez, María Elena Sánchez, María Nieves Aranda, Kees Venema y María Pilar Rodríguez-Rosales. 2019. Overexpression of LeNHX2 and SlSOS2 increases salt tolerance and fruit production in double transgenic tomato plants. Plant Physiology and Biochemistry 13: 77-86.

-Olivier Cagnac, Mourad Baghour, Noelia Jaime-Pérez, María Nieves Aranda María Elena Sánchez-Romero, María Pilar Rodríguez-Rosales y Kees Venema. 2020. Deletion of the N-terminal domain of the yeast vacuolar (Na+,K+)/H+ antiporter Vnx1p improves salt tolerance in yeast and transgenic Arabidopsis. Yeast 37: 173-185

-Mostapha Maach, Mourad Baghour, Mustapha Akodad, Francisco Javier Gálvez, María Elena Sánchez, María Nieves Aranda, Kees Venema  y María Pilar Rodríguez-Rosales. 2020. Overexpression of LeNHX4 improved yield, fruit quality and salt tolerance in tomato plants (Solanum lycopersicum L.) Molecular Biology Reports 47: 4145–4153

-María Nieves Aranda, María Elena Sánchez Romero, María Pilar Rodríguez-Rosales y Kees Venema.2021. Plastidial transporters KEA1 and KEA2 at the inner envelope membrane adjust stromal pH in the dark.New Phytologist 229: 2080–2090              

-Antonio Sánchez-McSweeney, Salvador González-Gordo, María Nieves Aranda-Sicilia, María Pilar Rodríguez-Rosales, Kees Venema , José M. Palma  y Francisco J. Corpas. 2021. Loss of function of the chloroplast membrane K+/H+ antiporters AtKEA1 and AtKEA2 alters the ROS and NO metabolism but promotes drought stress resilience. Plant Physiology and Biochemistry 160: 106-119

- Aranda-Sicilia MN, Aboukila A, Armbruster U, Cagnac O, Schumann T, Kunz HH, Jahns P, Rodríguez-Rosales MP, Sze H, Venema K. 2016. Envelope K+/H+ antiporters AtKEA1 and AtKEA2 function in plastid development. Plant Physiology 172: 441–449.

- Cadenas E, Packer L. 2008. Nitric Oxide, Part F. Methods in Enzymology (V 440): Nitric Oxide, Part D: Oxide Academic Press, New York, USA pp. 466. ISBN: 0123739675.

- Gálvez FJ, Baghour M, Hao G, Cagnac O, Rodríguez-Rosales MP, Venema K. 2012. Expression of LeNHX isoforms in response to salt stress in salt sensitive and salt

tolerant tomato species. Plant Physiology and Biochemistry 51: 109-115.

- Geisler M, Venema K. 2011. Transporters and pumps in plant signaling (Geisler M, Venema K eds.). Springer, Series: Signaling and Communication in Plants volume 7. ISBN:978-3-642-14368-7.

-Asins, M.J.; Romero-Aranda, M.R.; Espinosa, J.; González-Fernández, P.; Jaime-Fernández, E.; Traverso, J.A.; Carbonell, E.A.; Belver, A. (2022). HKT1;1 and HKT1;2 Na+ Transporters from Solanum galapagense Play Different Roles in the Plant Na+ Distribution under Salinity. Int. J. Mol. Sci., 23, 5130.

-Romero-Aranda, M. R., Espinosa, J., González-Fernández, P., Jaime-Fernández, E., Traverso, J. Á., Asins, M. J., & Belver, A. (2021). Role of Na+ transporters HKT1;1 and HKT1;2 in tomato salt tolerance. I. Function loss of cheesmaniae alleles in roots and aerial parts. Plant Physiol Biochem  168, 282-297.

-Romero-Aranda M.R., González Fernández P., Pérez-Tienda J.R., López-Diaz, M. R., Espinosa, J., Granum, E. Traverso, J. A,  Pineda, B., Garcia-Sogo, B..  Moreno, V. , Asins, M. J.,  Belver A. (2020) Na+ transporter HKT1;2 reduces flower Na+ content and considerably mitigates the decline in tomato fruit yields under saline conditions. Plant Physiol Biochem  154, 341-352

- Gupta DK, Palma JM, Corpas FJ. 2019. Nitric Oxide and Hydrogen Peroxide Signaling in Higher Plants. Springer, Cham, Suiza, ISBN 978-3-030-11128-1.

- Halliwell B, Gutteridge JMC. 2015. Free Radicals in Biology and Medicine. Oxford University Press, (3ª ed) UK, pp, 888. ISBN 0-19-850044-0.

- Jaime-Pérez N, Pineda B, García-Sogo B, Atares A, Athman A, Byrt CS, Olías R, Asins MJ, Gilliham M, Moreno V, Belver A. (2017) The sodium transporter encoded by the HKT1;2 gene modulates sodium/potassium homeostasis in tomato shoots under salinity. Plant Cell and Environment 40: 658-671.

- del Río LA, Puppo A, (eds). 2009. Reactive Oxygen Species in Plant Signaling. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, pp, 255. ISBN 978-3-642-00389-9.

- Rodríguez-Rosales MP, Gálvez FJ, Huertas R, Aranda MN, Baghour M, Cagnac O ,Venema K. 2009. Plant NHX Cation/Proton Antiporters. Plant Signaling Behaviour 4: 1-13.

- Romero-Puertas, M.C., Terrón-Camero, L.C., Pelaez-Vico, M.A., Olmedilla, A., Sandalio, L.M., 2019. Reactive oxygen and nitrogen species as key indicators of plant responses to Cd stress. Enviromental Exp. Bot. 161, 107-119.

- Sandalio LM, Romero-Puertas MC. 2015. Peroxisomes sense and respond to environmental cues by regulating ROS and RNS signalling networks. Annals of Botany 116: 475-485.

- Sandalio LM, Peláez-Vico MA, E Molina-Moya, MC Romero-Puertas (2021) Peroxisomes as Redox-Signaling Nodes in Intracellular Communication and Stress Responses. Plant Physiology, 186: 22-35               doi: 10.1093/plphys/kiab060

- Grupos de Investigación en Estrés Abiótico, Antioxidantes y Señalización de la Estación Experimental del Zaidín

• https://www.eez.csic.es/es/antioxidantes-radicales-libres-y-oxido-nitrico-en-biotecnologia-y-agroalimentacion.
• https://www.eez.csic.es/es/homeostasis-ionica-y-transportadores-de-membrana
• https://www.eez.csic.es/es/senalizacion-por-especies-de-oxigeno-y-nitrogeno-reactivo-en-situaciones-de-estres-en-plantas

- Sociedad Española de Fisiología Vegetal: http://www.sefv.net/

- Federación Europea de Sociedades de Fisología Vegetal: http://www.fespb.org/fespb/?%94x8ufb919k4i4yzoy%92yfmyc%92yas8bn

• MD01 Lección magistral/expositiva 
• MD02 Sesiones de discusión y debate 
• MD03 Resolución de problemas y estudio de casos prácticos y Prácticas de laboratorio 
• MD04 Seminarios 
• MD05 Análisis de fuentes y documentos 
• MD06 Realización de trabajos individuales o en grupo 

a) Asistencia obligatoria al 80%, como mínimo, de las horas de clases presenciales.

Calificación de este apartado: hasta 4 puntos sobre 10. La no asistencia al mínimo obligatorio supone suspenso.

b) Trabajo complementario y exposición ante sus compañeros y los profesores. Este apartado se valorará hasta 3 puntos sobre 10.

c) Examen final: hasta 3 puntos sobre 10.

En cualquier caso, se valorará que el alumno haya adquirido los conocimientos básicos de este curso y que adquiera una capacidad de razonamiento, análisis y síntesis. Como norma general se establece que los alumnos han de superar con un mínimo de aprobado los tres apartados de evaluación indicados anteriormente.

Para aprobar la asignatura es imprescindible aprobar el examen de contenidos teóricos (obteniendo como mínimo una puntuación de 5 sobre 10); y el examen de prácticas (obteniendo como mínimo una puntuación de 5 sobre 10).

La nota final de la asignatura se obtendrá de la nota de teoría, que supondrá hasta el 80% de la nota final, y de la nota de prácticas que supondrá hasta el 20% de la nota final.