Proteomic analysis of amaranth under abiotic stress

Abstract

"Las especies comerciales de amaranto de grano Amaranthus hypochondriacus, A. cruentus y A. caudatus son nativas de América y están distribuidas en los cinco continentes. El amaranto es un pseudocereal altamente nutritivo y no alergénico con notables propiedades nutracéuticas, capaz de adaptarse a diversas condiciones de cultivo tales como suelos pobres en nutrientes y moderadamente salinos, condiciones de poca agua y altas temperaturas. Estas características lo convierten en un buen modelo para estudiar la tolerancia a condiciones de estrés abiótico como la sequía y el estrés salino. El estrés abiótico es uno de los principales factores que limitan la productividad agrícola mundial y genera la reducción de hasta el 50% en el rendimiento potencial de los cultivos. La exposición de las plantas a condiciones de estrés abiótico, desencadena cambios fisiológicos que se rigen por la expresión de diferentes grupos de genes y proteínas cuya actividad permite a las plantas tolerar condiciones ambientales adversas. El empleo cada vez más frecuente de las tecnologías “omicas” permite la identificación de genes y proteínas asociados con la tolerancia al estrés abiótico. Como parte del proyecto Amaranth-Future-Food, en este trabajo se evaluó mediante un enfoque proteómico la respuesta del amaranto a condiciones de estrés abiótico como la sequía y el estrés salino. Para lo cual se obtuvieron los patrones de proteínas mediante Electroforesis Bidimensional (2-DE) y se identificaron las proteínas diferencialmente acumuladas mediante Espectrometría de Masas en Tándem. Algunas de estas proteínas pueden considerarse como asociadas con la tolerancia al estrés abiótico. Sin embargo, es necesaria una caracterización funcional de estas proteínas a fin de demostrar su importancia en la respuesta de las plantas ante el estrés. Algunas alternativas para demostrar el papel que juegan estas proteínas diferencialmente acumuladas en la respuesta ante el estrés abiótico son: la complementación funcional de levaduras sensibles a componentes del estrés abiótico como el estrés osmótico, el silenciamiento génico, la expresión de dichas proteínas en líneas insercionales así como la evaluación de la acumulación diferencial de estas proteínas candidatas en híbridos que mantengan los rasgos deseados. Estos acercamientos nos darían una idea más clara del papel que desempeñan tales proteínas en los mecanismos de respuesta al estrés abiótico."

"Commercial amaranth species such as Amaranthus hypochondriacus, A. cruentus and A. caudatus are native to America and are worldwide distributed. Amaranth is a highly nutritious and non-allergenic pseudo-cereal crop with remarkable nutraceutical properties. Amaranth is also a promising species often grown under semiarid conditions prone to both drought and salinity. For the above described amaranth is a good model to study tolerance to abiotic stress conditions such as drought and salt stress. Abiotic stress is one of the major factors limiting crop productivity worldwide and responsible for the reduction of up to 50% in the potential yield of crops. Plant exposure to abiotic stress triggers physiological changes ruled by the expression of different sets of genes and proteins whose activities enable plants to tolerate stressful environmental conditions. The application of 'omics' technologies has allowed the identification of genes and proteins related to abiotic stress tolerance. As part of the Amaranth-Future-Food project, in the present thesis, 2-DE gel coupled with LC-MS/MS approach was applied in order to analyze the changes in amaranth protein accumulation in response to abiotic stress conditions such as drought and salt stress. Some of the differentially accumulated proteins in response to stress may be considered associated to abiotic stress tolerance. However, functional characterization of these proteins in order to demonstrate its importance in plant response to abiotic stress is needed. Functional complementation by heterologous expression in yeast, gene silencing, heterologous expression in insertional lines and evaluation of differential accumulation of these proteins in hybrids from cultivars with contrasting tolerance to abiotic stress that preserve the desired trait are among the alternatives to demonstrate the role played by such proteins in plant responsive mechanisms to cope with abiotic stresses."