Tolerancia de Opuntia spp. del Altiplano Potosino a condiciones de estrés abiótico: respuestas a nivel ecofisiológico, anatómico y molecular

Abstract

"En zonas áridas y semiáridas los factores ambientales como son sequía, alta radiación solar y temperaturas extremas, limitan tanto el establecimiento de plántulas como el desarrollo de plantas adultas. Las plantas del género Opuntia han desarrollado diferentes adaptaciones para poder establecerse en estas condiciones. Estas plantas se caracterizan por tener propagación vegetativa, siendo más exitosa a corto plazo que la propagación sexual, debido a la latencia que presentan sus semillas, sin embargo esta característica les permite permanecer por largos periodos de tiempo en el suelo creando bancos de semillas. En esta investigación, por un lado, se analizó el efecto de los hongos Penicillium chrysogenum, Phoma sp. y Trichoderma spp. en la ruptura de la latencia de semillas de Opuntia spp., obteniendo porcentajes de germinación mayores al 90% en semillas almacenadas por 9 años para O. streptacantha, y 40% en semillas frescas de O. leucotricha. Por otro lado, se sometieron plántulas de O. leucotricha y O. streptacantha a condiciones contrastantes de riego y radiación solar, en donde se encontró que se establecen mejor bajo la sombra, como ocurre bajo plantas nodriza en condiciones naturales, puesto que presentaron mayor potencial osmótico, acidez y proporción clorofila/carotenoides que las plántulas sin sombra y sin riego. Se encontró también que la sequía y alta radiación solar inducen la expresión de genes como OpsMT, OpsLTP, OpsDHN y OpsAQP, así como mayor tasa de transporte de electrones, alta disipación no fotoquímica y agrupamiento de cloroplastos, en comparación con el tratamiento de riego. Además, se evaluaron las respuestas de plantas adultas de O. streptacantha, O. leucotricha y O. robusta durante las estaciones climáticas del año, encontrando mayor daño durante la época de sequía, al presentar menor potencial osmótico, eficiencia cuántica del fotosistema II (?PSII) y acidez. Sin embargo; hubo incremento en la disipación no fotoquímica (NPQ), como mecanismo de protección para evitar daños en las plantas. Este estudio es pionero al analizar variables de respuesta a distintos niveles (ecofisiológico, anatómico y molecular), así como al encontrar que la interacción entre hongos y semillas es importante en ambientes desérticos. Esta investigación aporta información muy valiosa sobre los mecanismos de tolerancia que presentan las plantas de Opuntia spp. en distintas fases de desarrollo (plántulas y adultas) bajo condiciones de estrés abiótico."

"Drought, high solar radiation, and extreme temperature are limiting the seedling establishment as well as the adult plants development. Opuntia plants have different adaptations to settle in these conditions. These plants have vegetative propagation, which is more successful to short-term than sexual propagation due to their seeds have dormancy, however this characteristic allows them to remain for long time on the soil creating seed banks. In this research, we analyzed the effect of fungi Penicillium chrysogenum, Phoma sp. and Trichoderma spp. in breaking seed dormancy of Opuntia spp., having germination over 90% in aged seeds for O. streptacantha and 40% in fresh seeds for O. leucotricha. On the other hand, O. leucotricha and O. streptacantha seedlings were subjected to contrasting solar radiation and watering conditions, and it was found that both species established better under shade, similar to natural conditions under nurse plants, showing higher osmotic potential, acidity and chlorophyll/carotenoids ratio than seedlings without both shade and irrigation. Furthermore, it was found that drought and high solar radiation induced the gene expression like OpsMT, OpsLTP, OpsDHN, and OpsAQP and increased the electron transport rate, the nonphotochemical quenching, and the clumping chloroplasts, in comparison with watering treatment. It was also evaluated the responses of O. streptacantha, O. leucotricha, and O. robusta adult plants during the four climatic seasons, founding higher damage during the dry season, with lower osmotic potential, quantum efficiency of photosystem II (?PSII), and acidity content. In addition, it was found increase of non-photochemical quenching as mechanism to tolerate stress and avoid plant damage. This study is groundbreaking in taking into account response variables at different levels (ecophysiological, anatomical and molecular) as well as founding that the interaction between both fungi and seeds is important in desert environments. This research provides valuable information about the tolerance mechanisms of different developmental stages like seedlings and adults from Opuntia spp. plants to affront abiotic stress conditions."