Caracterización histológica y molecular de los cristales de oxalato de calcio de la hoja de amaranto en condición de estrés hídrico

Abstract

"En las plantas, los cristales de oxalato de calcio (CaOx) se forman en células de idioblastos cristaleros y tienen formas geométricas específicas. Sus funciones propuestas incluyen la homeostasis del calcio y la fuente de carbono, entre otras. El amaranto es una planta que presenta alta tolerancia a estreses abióticos y acumula cantidades considerables de cristales de CaOx; sin embargo, pocos estudios se han centrado en caracterizar la ultraestructura de los cristales y ninguno está relacionado con la identificación de proteínas unidas a ellos. Esta información es de gran interés para comprender los mecanismos relacionados con la formación de cristales de CaOx y para apoyar las funciones propuestas. Así, este trabajo tuvo como objetivo caracterizar los cristales de CaOx en hojas de amaranto. Los cristales se purificaron y las proteínas unidas a ellos fueron aisladas e identificadas por nano-cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas (nLC-MS/MS). Se analizaron cortes histológicos de hoja mediante microscopía óptica y electrónica. Las proteínas identificadas están relacionadas con el cloroplasto, como la ATP sintasa subunidad b, la subunidad grande de la Ribulosa-1,5-Bisfosfato Carboxilasa/Oxigenasa (RuBisCO) y proteínas relacionadas con la pared celular, que fueron validadas in situ mediante inmunohistoquímica y marcaje con inmunooro. Además, se observó que los idioblastos cristaleros se formaban a partir de células de parénquima asociadas al mesófilo y las venas, en las que las membranas tilacoides de los cloroplastos degradados se convierten en cámaras de cristales. Estos resultados son un avance significativo en la comprensión de los mecanismos de formación de cristales de CaOx y de su función potencial como fuente alternativa de carbono en las hojas."

"Calcium oxalate (CaOx) crystals in plants are formed in crystal idioblast cells and have specific geometric shapes. Their proposed functions include calcium homeostasis and carbon source, among others. Amaranth is a plant that presents high tolerance to abiotic stresses and accumulates considerable amounts of CaOx crystals; however, few studies have focused on characterizing the crystals ultrastructure and none is related to identifying proteins bound to them. This information is central to understand the mechanisms related to CaOx crystal formation and to support their postulated functions. Thus, this work aimed to characterize CaOx crystals in amaranth leaves. Crystals were purified and proteins bound to them were isolated and identified by nLC-MS/MS. Leaf sections were analyzed by light and electron microscopy. The identified proteins are related to the chloroplast such as ATPb synthase, RuBisCO large subunit, also cell wallrelated proteins were identified, which were validated in situ by immunohistochemistry and immunogold labeling. In addition, CaOx crystal idioblasts are formed from parenchyma cells associated with mesophyll and veins, in which the thylakoid membranes of degraded chloroplasts turn into crystal chambers. These results significantly advance our understanding of CaOx crystal formation and its potential function as an alternative carbon source in leaves."