Efecto del estrés abiótico en especies mexicanas de Salvia

Abstract

"El género Salvia es el más abundante de la familia Lamiaceae y cuenta con un alto endemismo en México. Las especies mexicanas de Salvia han sido foco de atención debido a la diversidad química de sus metabolitos secundarios como flavonas y diterpenos, además de que al año se comercializan cerca de 5 millones y medio de toneladas de semillas de Salvia en nuestro país. Sin embargo, poco se sabe sobre su fisiología y anatomía, así como de su tolerancia a ciertos tipos de estrés, siendo este último de vital importancia dada la crisis climática actual. El objetivo del presente trabajo fue estudiar especies de Salvia desde diferentes aspectos: germinación bajo condiciones de estrés abiótico, fitoquímica (especie y poblaciones) y tolerancia al estrés abiótico en plantas. Para el estudio de germinación se utilizaron núculas de S. pennellii, S. chamedryoides y S. reflexa y se evaluó la función del mucílago que rodea la semilla, las estructuras anatómicas importantes en la germinación y las variables de germinación (germinabilidad, tiempo medio de germinación (TMG) y tiempo mínimo de germinación (Tmin)) con y sin estrés abiótico (aumento de temperatura y sequía simulada). Se encontró que las núculas de las especies estudiadas no poseen latencia física. Uno de los principales resultados obtenidos fue que el mucílago en S. pennellii disminuye considerablemente la germinación, en S. chamaedryoides la aumenta significativamente y en S. reflexa no tiene ningún efecto. En las núculas de las tres especies se observaron traqueoides, los cuales funcionan como encargados del paso y retención del agua. En presencia de estrés hídrico y térmico disminuyó la germinabilidad y aumentó el TMG y el Tmin en las tres especies. Se aislaron e identificaron tres compuestos nuevos de S. pennellii: wirikutina/15-epi-wirikutina y wixarikolida, así como tres compuestos ya conocidos: arbutina, hidroquinona y naringenina; de S. reflexa se identificaron dos compuestos nuevos: reflexdiolida/16-epi-reflexdiolida, así como nueve compuestos ya conocidos salviandulina D, 8-hidroxisalviarina, estigmasterol, 6β-hidroxisalviarina, 6-β-acetoxysalviarina, cirsiliol, 5´6-dihidroxi-7,3´,4 timetilflavona y pedalitina. Se utilizaron tres tratamientos de riego (riego una vez por semana, una vez cada quince días y sin riego) para evaluar el estrés hídrico en plantas de S. reflexa. Las plantas disminuyeron su eficiencia cuántica efectiva del PSII, tasa de transporte de electrones, contenido de clorofilas, contenido relativo de agua (hoja y tallo), biomasa y peso fresco y tuvieron alteraciones anatómicas como variaciones en el diámetro de ancho de mesófilo, tallo y raíz, número de cloroplastos (hoja), vasos y canales de mucílago por el estrés hídrico. La composición de compuestos volátiles de esta especie fue casi en su totalidad de alcanos, cada tratamiento de riego presentó metabolitos específicos; control: hexadecano, 2,6,10,14-tetrametil, 2,2-dimethiloctadecano y estigmasteroll, sequía moderada: ciclodeceno, 1 metil, tetracontano, 3,5,24-trimetil, tridecano-2 metil, 2-pentadecanona, docosano, hexacosano y nanocosano y sequía severa: pentacosano, heptacosano y octacosano. Además, se observó una disminución en la concentración de los alcanos y un aumento de concentración en la α y β amirina con el estrés, así como una tendencia en aumento de las flavonas. Se estudió la relación filogenética de S. circinnata (10 poblaciones), así como la composición de metabolitos secundarios (MS) y su relación con variables ambientales. Mediante el árbol filogenético se demostró que las poblaciones sí pertenecen a la misma especie y presentan cuatro quimiotipos (CT): CT amarisolida A, CT amarissinina, CT óxido de cariofileno y CT teotihuacanina. Las variables ambientales altitud, latitud, temperatura mínima y precipitación influyen en la concentración de la amarsolidida, α-amirina, cariofileno, óxido de cariofileno, dodecano; 2,2-dimetiloctaecano y espatulenol. Los resultados obtenidos en este estudio contribuyen al conocimiento sobre la morfología y anatomía de especies de Salvia, así como su respuesta ante el estrés abiótico. Además, se identificaron metabolitos presentes en Salvia, encontrando diferencias entre especies e incluso entre poblaciones de la misma especie y que la composición de estos MS está relacionada con la respuesta al estrés."

"Salvia is the most abundant genus of the Lamiaceae family and has high endemism in Mexico. Mexican Salvia species have been the focus of attention due to the chemical diversity of their secondary metabolites, such as flavones and diterpenes, and about five and a half million tons of Salvia seeds are sold each year in our country. However, little is known about their physiology and anatomy, as well as their tolerance to certain types of stress, the latter being vital given the current climate crisis. This work aimed to study Salvia species from different aspects: Its germination under conditions of abiotic stress, Its phytochemistry (on species and populations level), and plant tolerance to abiotic stress. For the germination study, nucules of S. pennellii, S. chamedryoides, and S. reflexa were used, and the function of the mucilage surrounding the seed, the anatomical structures important in germination, and the impact of hydric and thermal stress on three germination variables (germinability, average germination time) were evaluated. germination (TMG) and minimum germination time (Tmin). It was found that the nutlets of the species studied do not have physical dormancy. One of the main results obtained was that mucilage in S. pennellii considerably decreases germination; in S. chamaedryoides, it increases it significantly, and in S. reflexa, it has no effect. Tracheoids were observed in the nulet of the three species, which function as those responsible for the passage and retention of water. Germinability decreased in the presence of water and thermal stress, and TMG and Tmin increased in the three species. Three new compounds were isolated and identified from S. pennellii: wirikutin/15-epi-wirikutin and wixarikolide, as well as three already known compounds: arbutin, hydroquinone and naringenin; From S. reflexa, two new compounds were identified: reflexdiolide/16-epi-reflexdiolide, as well as nine already known compounds salviandulin D, 8hydroxysalviarin, stigmasterol, 6β-hydroxysalviarin, 6-β-acetoxysalviarin, cirsiliol, 5'6-dihydroxy -7,3´,4 thymethylflavone and pedalitin. Three watering treatments were used (watering once a week, once every 15 days, and no watering) to evaluate water stress in S. reflexa plants. The plants decreased their effective quantum efficiency of PSII, electron transport rate, chlorophyll content, relative water content (leaf and stem), biomass, and fresh weight. We registered also, anatomical alterations such as variations in the diameter of the mesophyll, stem, and width root, number of chloroplasts (leaf), vessels and mucilage channels due to water stress. The composition of volatile compounds of this species was almost entirely alkanes; each irrigation treatment presented specific metabolites; control: hexadecane, 2,6,10,14-tetramethyl, 2,2dimethyloctadecane and stigmasterol, moderate drought: cyclodecene, 1-methyl, tetracontane, 3,5,24-trimethyl, tridecane-2-methyl, 2-pentadecanone, docosane, hexacosane and nanocosane, and severe drought: pentacosane, heptacosane and octacosane. In addition, a decrease in the concentration of alkanes, an increase in concentration in α and β amyrin with stress, and an increasing trend in flavones were observed. The phylogenetic relationship of S. circinnata (10 populations), the composition of secondary metabolites (SM), and its relationship with environmental variables were studied. Using the phylogenetic tree, it was demonstrated that the populations do belong to the same species presenting four chemotypes (CT): CT amarisolida A, CT amarissinin, CT caryophyllene oxide, and CT teotihuacanina. The environmental variables altitude, latitude, minimum temperature, and precipitation influence the concentration of amarsolid, α-amyrin, caryophyllene, caryophyllene oxide, dodecane, 2,2-dimethyloctaecane, and spathulenol. The results obtained in this study contribute to the knowledge about the morphology and anatomy of Salvia species, as well as their response to abiotic stress. In addition, metabolites present in Salvia were identified, indicating that these differ between species and even populations and that changes in the composition of these MS are related to the stress response."