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El estrés salino limita el desarrollo y crecimiento de las plantas. 


En este estudio, se co-expresaron los genes SchMON1 y SchCCZ1 de Solanum chilense en raíces de Arabidopsis thaliana para evaluar si un aumento en el tráfico vesicular prevacuolar incrementa la capacidad de compartimentalización de Na+ y la tolerancia a la sal.

Este estudio muestra que la activación del tráfico vesicular prevacuolar mediado por MON1/CCZ1 en raíces podría ser un mecanismo fisiológico prometedor para aumentar la tolerancia al estrés salino en cultivos de interés económico. 

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El exceso de sales en los suelos provoca estrés en la mayoría de las plantas. El exceso de Na+ genera un desequilibrio iónico, reduciendo el contenido de K+ y alterando el metabolismo celular, lo que afecta el crecimiento y desarrollo de las plantas. La salinidad en el suelo induce estrés hídrico debido a efectos osmóticos e incrementa la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) que afectan la estructura celular, dañando membranas, proteínas, y alterando el potencial electroquímico de H+, lo que afecta directamente la absorción de nutrientes por los transportadores de membrana.

Las plantas poseen mecanismos para superar la toxicidad de los iones de sodio, como la internalización en la vacuola o la exclusión de la célula, la síntesis de enzimas o compuestos protectores contra ROS, y la síntesis de metabolitos que ayudan a regular el potencial osmótico de las plantas.

Este review aborda los mecanismos fisiológicos y moleculares de tolerancia a la salinidad en las plantas. Además, se discute una revisión de las estrategias tomadas por los investigadores para conferir tolerancia al estrés salino en especies agrícolamente importantes. Estas estrategias incluyen el mejoramiento convencional y la ingeniería genética como la transgénesis y la edición del genoma mediante CRISPR/Cas9.

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Las plantas pueden modificar su estructura corporal, como la arquitectura de sus raíces, de forma postembrionaria. Por ejemplo, Arabidopsis thaliana puede desarrollar raíces laterales como parte de un programa endógeno o en respuesta a estímulos bióticos y abióticos. 

Los resultados indican que la estimulación de Sortin2 activa un programa de novo de formación de primordios de raíces laterales que es distinto del programa endógeno impulsado por auxina. 

En este mecanismo distintivo, la captación de calcio extracelular y el tráfico endocítico hacia la vacuola son necesarios para la especificación de la célula fundadora de la raíz lateral antes del módulo de auxina dirigido por AUX/IAA28. Las F-boxes TIR1/AFB dependientes de auxina y el transporte polar de auxina son prescindibles para la especificación de la célula fundadora de la raíz lateral dependiente del tráfico endocítico; sin embargo, se requiere un conjunto diferente de proteínas F-box y un complejo SCF funcional. El tráfico endocítico podría constituir una estrategia conveniente para la organogénesis en respuesta a las condiciones ambientales.

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La sacarosa es un regulador central del crecimiento y desarrollo de las plantas, que coordina la división y elongación celular en función del estado energético de las plantas. Se sabe que la sacarosa estimula la endocitosis en cultivos celulares; sin embargo, hasta la fecha no se ha descrito su función fisiológica. 

Nuestro trabajo demuestra que la suplementación con sacarosa induce la elongación y la endocitosis de las células radiculares. 

La sacarosa se dirige a la endocitosis mediada por clatrina (CME) en células epidérmicas. Su presencia disminuye la abundancia tanto del complejo de recubrimiento de clatrina como del fosfatidilinositol 4,5-bifosfato en la membrana plasmática, mientras que aumenta la abundancia del complejo de clatrina en los espacios intracelulares. La sacarosa disminuye el tiempo de residencia del complejo de clatrina en la membrana plasmática, lo que indica que controla la cinética de formación e internalización de vesículas endocíticas. La regulación de la CME por la sacarosa es inducible y reversible; este mecanismo on/off revela un mecanismo mediado por endocitosis para detectar el estado energético de la planta y señalar el alargamiento de la raíz. El monosacárido sacarosa fructosa también induce la CME, mientras que la glucosa y el manitol no tienen ningún efecto, lo que demuestra la especificidad del proceso. 

En general, nuestros datos muestran que la sacarosa puede mediar en la CME, lo que demuestra que la señalización de la sacarosa para el crecimiento y desarrollo de las plantas depende del tráfico endomembranario.

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El tráfico vesicular es crucial para la respuesta y la supervivencia a los desafíos ambientales. Las proteínas SNARE son proteínas reguladoras del tráfico vesicular y median la fusión de membranas garantizando la entrega de la carga a los compartimentos celulares correctos. Las SNARE de la subfamilia Qbc son las SNARE de membrana plasmática mejor caracterizadas, y están encargadas de controlar la exocitosis durante la división celular y la respuesta defensiva. El gen SlSNAP33.2 de Solanum lycopersicum codifica una proteína Qbc-SNARE y se induce en condiciones de estrés salino. 

En este trabajo, se caracterizó SlSNAP33.2 como una proteína SNARE en la membrana plasmática que tiene un papel en la endocitosis asociada a la respuesta al estrés salino.

Los resultados mostraron que las plantas de tomate que sobreexpresaron SlSNAP33.2 mostraron un mejor rendimiento bajo estrés salino que las plantas de tipo salvaje. Estos resultados revelan un papel de SlSNAP33.2 en la vía de endocitosis implicada en la respuesta de la planta al estrés salino. Esta investigación demuestra que SlSNAP33.2 puede ser una herramienta eficaz para la mejora genética de las plantas de cultivo.

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Las raíces laterales (LR) aumentan el área de contacto de la raíz con la rizosfera y, por lo tanto, mejoran la captación de agua y nutrientes del suelo. Las LR se pueden generar mediante la inducción de estímulos externos, como la disponibilidad de agua y nutrientes. La auxina regula la organogénesis de los LRs a través de la activación transcripcional por un receptor del complejo de auxina. El tráfico endocítico hacia la vacuola regula positivamente la organogénesis de LR independientemente del receptor del complejo de auxinas en Arabidopsis. 

Aquí, demostramos que la biosíntesis de PI4P regulada por PI4KIIIβ1 y PI4KIIIβ2 es esencial para la organogénesis de LR impulsada por el tráfico endocítico a la vacuola.

Los resultados sugieren que el tráfico endocítico a la vacuola regulado por las actividades enzimáticas de PI4KIIIβ1 y PI4KIIIβ2 participa en un mecanismo independiente del receptor del complejo de auxina que regula la organogénesis de LR en Arabidopsis. 

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Los compuestos químicos son útiles para perturbar las funciones biológicas del mismo modo que los enfoques genéticos clásicos aprovechan las mutaciones a nivel del ADN para perturbar la función de los genes. El uso de sustancias químicas bioactivas (genética química) es especialmente valiosa para la biología celular. Los enfoques de genética química permiten perturbar los procesos celulares posteriores a la germinación en una ventana de tiempo determinada, controlando la gravedad del efecto mediante la modificación o la modulación de la dosis y/o el periodo de tratamiento. 

En este capítulo, describimos los protocolos estándar para visualizar la morfología de la vacuola y el tráfico a la misma, así como el uso de los compuestos bioactivos como un sustituto para estudiar estos procesos biológicos.