Estudio de caso: Estrés por déficit hídrico en palma de aceite

1. Caracterización parcial de proteínas expresadas
diferencialmente en eventos de déficit hídrico en
palma de aceite Elaeis guineensis Jacq mediante
proteómica.
.
Walter Pérez-Mora
Grupo de Investigación en Fisiología del estrés y
biodiversidad en plantas y microorganismos,
Departamento de Biología.
Universidad Nacional de Colombia.
1

2. • Palma de aceite: Generalidades
• Palma de aceite en Colombia
• Estrés por déficit hídrico en palma de aceite
• Generalidades
• Extracción de proteínas
• Separación de proteínas: Electroforesis 2D
• Secuenciación de péptidos y uso de Herramientas
bioinformáticas
• Conclusiones y Bibliografía.

3. La planta
 Palma de aceite
Elaeis guineensis
Jacq.
 La palma de aceite es
una planta tropical
propia de climas
cálidos que crece en
tierras por debajo de
los 500 metros sobre
el nivel del mar.
 Originaria del golfo de
Guinea en el África
3
occidental.

4. La planta: utilidad
 En el año 2005, alrededor de 9,1 millones de
hectáreas sembradas con palma de aceite
abastecieron el 27,3% de la demanda
mundial de aceites y grasas, mientras que en
soya se usó un área aproximadamente10
4
veces mayor para dar un rendimiento similar.

5. Usos de la palma de aceite

6. El cultivo en Colombia
Desempeño óptimo  precipitación
mayor a 2000 mm al año
Norte - Magdalena, Norte del Cesar, Atlántico, Guajira
Central - Santander, Norte de Santander, sur del Cesar,
Bolívar
Oriental - Meta, Cundinamarca, Casanare, Caquetá
Occidental - Nariño
Primer productor en América Latina.
Cuarto productor mundial.
Tomado de FEDEPALMA
6
2007

7. Déficit hídrico
El déficit hídrico ocurre cuando la tasa de
transpiración excede el consumo de agua
afectando de manera adversa el crecimiento y
desarrollo de las plantas así como su
productividad (Bhushan et. al. 2007).
Este es causado por periodos de sequía
prolongados y su efecto depende de las
características morfológicas y fisiológicas de la
planta.
7

8. Respuesta al déficit hídrico
Ineficiencia de la cadena de transporte de electrones en
la membrana del tilacoide
Ajuste osmótico
Aumento en la producción de H2O2, radical superóxido y
otras especies reactivas de oxígeno (ROS)
Acumulación de productos tóxicos de las reacciones de
las ROS
Disminución de la efectividad del sistema antioxidante
Daño en las membranas por peroxidación lipídica y un
decrecimiento en la fotosíntesis
8 (Oberschall et. al. 2000; Irfan Qureshi et. al. 20

9. Déficit hídrico en palma
9

10. Respuesta de la Palma de aceite
Incremento
Cambios en
de la
el potencial
temperatura
hídrico
foliar
Reducción de Cierre
la tasa de estomático a
transpiración horas del
y fotosíntesis medio día
10
(Smith et. al. 1989).

11. Déficit hídrico en palma
 El problema del estrés hídrico se ha estudiado a
través de mediciones fisiológicas, y con la
medición de variables bioquímicas, pero el
estudio es relativamente largo. A través de los
estudios proteómicos comparado con parámetros
fisiológicos y bioquímicos se puede encontrar
una descripción clara del problema del estrés
hídrico en plantas para hallar una posible
solución.
11

12. Antedecentes
Material Vegetal Estudio de Proteómica Referencia
Hojas de Arveja 33 proteínas diferenciales relacionadas con el Taylor et. al.
(Pisum sativum) estrés hídrico a nivel de la mitocondria (TOF- 2005
MS)
Palma Datilera 23 proteínas diferenciales, cuatro directamente Sghaier et. al.
(Phoenix relacionadas con eventos de estrés. (MALDI- 2009
dactylifera) TOF-TOF)
césped agrostis 43 proteínas diferenciales: aumento en la Xu et. al.
(Agrostis abundancia de proteínas del sistema 2010
stalonifera) antioxidante. (MS-MS)
hojas de trigo 36 proteínas diferenciales; varias relacionadas Caruso et. al.
(titricum durum), con los mecanismos de defensa y con la 2009
eliminación de ROS. (MALDI-TOF)
Álamo Se encontró una proteína relacionada con la Bonhomme
canadiense reparación de PSII después del daño oxidativo. et. al. 2009
(Populus (HPLC-MS)
eusamericana)
12
Maíz (Zea mays) 152 proteínas diferenciales, se destacan Zhu et. al.

13. Conclusión
 La caracterización de proteínas diferenciales en
el estrés halladas con proteómica y los genes
que las expresan, han demostrado ser de utilidad
para su uso en programas de mejoramiento
genético, ya que identificar los puntos clave a
nivel celular que favorecen la respuesta tolerante
al déficit, permite generar marcadores
moleculares, que en conjunto con el monitoreo
de variables ecofisiológicas, permite generar
criterios para la selección de materiales
promisorios con el fin de encontrar una posible
solución al problema que este estrés representa.
13

14. Bibliografía
 Alvarado, A.; Sterling, F. 2005. Stress tolerant oil palm varieties. ASD Oil Palm Papers, N°28, 5-20.
 Baker N. 2008. Chorophyll fluorescence: A probe of photosynthesis in vivo. Ann. Rev. Plant. Biol. 59:89-113.
 Barbier-Brygoo, H.; Joyard, J. 2004. Focus on plant proteomics.Plant Physiology and Biochemistry 42,
913–917.
 Bonhomme, L.; Monclus, R.; Vincent, D.; Carpin, S.; Claverol, S.; Lomenech A.; Labas, V.; Plomion,
C.; Brignolas, F.; Morabito, D. 2009. Genetic variation and drought response in two Populus euramericana
genotypes through 2-DE proteomic analysis of leaves from field and glasshouse cultivated plants.
Phytochemistry 70, 988–1002
 Bradford, M.M. 1976. A rapid and sensitive method for cuantification of microgram quantities of protein
using the principle of protein dye binding. Anal. Biochem. 72, 248-254.
 Bhushan D, Pandey A, Choudhary MK, Datta A, Chakraborty S, Chakraborty N. 2007.
Comparative Proteomics Analysis of Differentially Expressed Proteins in Chickpea Extracellular Matrix
during Dehydration Stress. Molecular and Cellular Proteomics 6(11): 1868-1884.
 Caruso, G.; Cavaliere, C.; Foglia, P.; Gubbiotti, R.; Samperi, R.; Laganà, A. 2009. Analysis of drought
responsive proteins in wheat (Triticum durum) by 2D-PAGE and MALDI-TOF mass spectrometry. Plant
Science 177 570–576
 Faurobert, M.; Chaïb, J.; Pelpoir, E. 2007. Phenol Extraction of Proteins for Proteomic Studies of
Recalcitrant Plant Tissues. Methods in Molecular Biology, vol. 335: Plant Proteomics: Methods and
Protocols.
 Fedepalma. La agroindustria de la palma de aceite en Colombia. 2007. En
http://www.fedepalma.org/documen/2007/agroindustria_palma.pdf. 30-08-10
 Ferreira, S.; Hjerno, K.; Larsen, M.; Wingsle, G.; Larsen, P.; Fey, S.; Roepstorff, P.; Pais, M. 2006.
Proteome profiling of populuse uphratica oliv. Upon heat stress. Annals of Botany 98:361-377.
14

15.  Gazanchian, A.; Hajheidari, M.; Sima, N.K.; Salekdeh, G. 2007. Proteome response of Elymus elongatum
to severe water stress and recovery. Journal of Experimental Botany, Vol. 58, No. 2, pp. 291–300.
 Hashiguchi, A.; Ahsan, N.; Komatsu, S. 2009. Proteomics application of crops in the context of climatic
changes. Food Research International, doi:10.1016/j.foodres.2009.07.033.
 Hirano, H.; Islam, N.; Kawasaki, H. 2004. Technical aspects of functional proteomics in plants.
Phytochemistry 65, 1487–1498.
 Irar, S.; Brinib, F.; Godaya, A.; Masmoudib, K.; Pagès, M. 2010. Proteomic analysis of wheat embryos
with 2-DE and liquid-phase chromatography (ProteomeLab PF-2D) — A wider perspective of the proteome.
Journal of proteomics, 73, 1707-1721.
 Irfan Qureshi, M.; Qadir, S.; Zolla, L. 2007. Proteomics-based dissection of stress-responsive pathways in
plants. Journal of Plant Physiology 164, 1239-1260.
 Lima, A.; DaMatta, M.; Pinheiro, H.; Totola. M.; Loureiro, M. 2002. Photochemical responses and
oxidative stress in two clones of Coffea canephora under water deficit conditions. Environmental and
Experimental Botany 47 239–247.
 Martínez, J. 2007. Evaluación de la actividad antioxidante de Extractos orgánicos de semillas de
Heliocarpus terebinthinaceus. Tesis doctoral. Universidad tecnológica de la mixteca, pp 6-9.
 Mayes Sean, Farah Hafeez, Zuzana Price, Don MacDonald, Norbert Billotte, and Jeremy Roberts.
2008. Chapter 15. Molecular Research in Oil Palm, the Key Oil Crop for the Future. Genomics of Tropical
Crop Plants. Editors: Paul H. Moore and Ray Ming. Springer.
 Méchin, V.; Damerval, C.; Zivy, M. 2007. Total Protein Extraction with TCA-Acetone. Methods in Molecular
Biology, vol. 335: Plant Proteomics: Methods and Protocols.
 Medrano, H.; Bota, J.; Cifre, J.; Flexas, J.; Ribas-Carbó, M.; Gulías, J. 2007. Eficiencia en el uso del
agua por las plantas. Investigaciones Geográficas, nº 43, 68-72.
 Newton, R.; Brenton, G.; Smith, C.; Dudley, E. 2004. Plant proteome analysis by mass spectrometry:
principles, problems, pitfalls and recent developments. Phytochemistry 65, 1449–1485
 Oberschall, A.; Deák, M.; Török, K.; Sass, L.; Vaas I, Kovács, I.; Feher, A.; Dudits, D.; Horváth, G.
2000. A novel aldolase/aldehyde reductase protects transgenic plants against lipid peroxidation under
chemical and drought stresses. Plant J, 24: 437–46.
 Ochs, R.; Daniel, C. 1976. Research on techniques adapted to dry regions. In: Corley R.H.V. et al Editors,
Oil Palm Research. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, The Netherlands. pp. 315-330.
15

16.  Sandoval, M.; Umaña, A.; Vallejo, A.; Arévalo, C.; Sánchez, M. 2009. La proteómica en la era
postgenómica Acta biológica Colombiana., Vol. 14 N.º 3, 19 – 30.
 Sean, M.; Hafeez, F.; Price, Z.; MacDonald, D.; Billotte, N.; Roberts, J. 2008. Capítulo 15. Molecular
Research in Oil Palm, the Key Oil Crop for the Future. Genomics of Tropical Crop Plants. Editors: Paul H.
Moore and Ray Ming. Springer.
 Sghaier-Hammamia, B.; Drira, N.; Jorrín-Novo, J. 2009. Comparative 2-DE proteomic analysis of date
palm (Phoenix dactylifera L.) somatic and zygotic embryos. Journal of proteomics, 73, 161-167.
 Smith, B. G. 1989. The Effects of Soil Water and Atmospheric Vapour Pressure Deficit on Stomatal
Behaviour and Photosynthesis in the Oil Palm. Journal of Experimental Botany; 40: 647-651.
 Tambussi, E. A. 2004. Fotosíntesis, fotoprotección, productividad y Estrés abiótico: algunos casos de
estudio. Tesis doctoral. Universitat de Barcelona.
 Taylor, N.; Heazlewood, J.; Day, D.; Millar, H. 2005. Differential Impact of Environmental Stresses on the
Pea Mitochondrial Proteome. Molecular & Cellular Proteomics 4:1122–1133.
 Thiellement H, Zivy M, Plomion C. 2002. Review, Combining proteomic and genetic studies in plants.
Journal of Chromatography. 782: 137-149.
 Tompa, P.; Banki, P.; Bokor, M.; Kamasa, P.; Kovács, D.; Lasanda, G.; Tompa, K. 2006. Protein-Water
and Protein-Buffer Interactions in the Aqueous Solution of an Intrinsically Unstructured Plant Dehydrin: NMR
Intensity and DSC Aspects. Biophysical Journal 91, 2243–2249.
 Traini, M.; Gooley, A.; Ou, K.; Wilkins, M.; Tonella, R.; Sanchez, J.; Hochstrasser, D.; Williams, K.
1998. Towards an automated approach for protein identification in proteome projects. Electrophoresis 19:
1941-1949.
 Wang, W.; Scali, M.; Vignani, R.; Spadafora, A.; Sensi, E.; Mazzuca, S.; Cresti M. 2003. Protein
extraction for two-dimensional electrophoresis from olive leaf, a plant tissue containing high levels of
interfering compoundsElectrophoresis. 24, 2369–2375
 Wei, Z.; Wie, H.; Lin, Q.; Cheng, X.; Tong, M.; Zhu, L.; Chen, R.; He, G. 2009. Understanding rice plant
resistance to the Brown Planthopper (Nilaparvata lugens): A proteomic approach. Proteomics, 9, 2798–2808.
 Xu, C.; Huang, B. 2010. Differential proteomic responses to water stress induced by PEG in two creeping
bentgrass cultivars differing in stress tolerance. Journal Plant Physiol,doi:10.1016/j.jplph.2010.05.006.
 Yu-Zu Lin, Huai-Yi Chen, Ruby Kao, Shih-Pai Chang Su-Jein Chang, Erh-Min Lai. 2007.
Phytochemistry 69, 715–728. Proteomic analysis of rice defense response induced by probenazole.
 Zhu, J.; Chen, S.; Alvarez, S.; Asirvatham, V.; Schachtman, D.; Wu, Y.; Sharp, R. 2006. Cell Wall
Proteome in the Maize Primary Root Elongation Zone. I. Extraction and Identification of Water-Soluble and
Lightly Ionically Bound Proteins. Plant Physiology, 140, 311–325.
16