Proteomic analysis of amaranth under abiotic stress

Tesis (Doctorado en Ciencias en Biología Molecular)"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.

Proteomic analysis of amaranth (Amaranthus hypochondriacus L.) leaves under drought stress

"Amaranth (Amaranthus hypochondriacus L.) is a plant that produces seed with high protein content, is rich on nutraceutical compounds, and can grow under environmental conditions where most of the basic crops are not able to develop. But little is know about the amaranth stress-responsive genes/proteins. The aim of this work was to apply the comparative proteomics approach to study the differential expression of amaranth leaf proteins under drought stress. However, the protein extraction from amaranth tissues is difficult as a result of high endogenous concentrations of interfering compounds; we have made some modifications of the classical trichloroacetic acid-acetone precipitation method to improve the quantity and quality of extracted proteins. Satisfactory and reproducible two-dimensional electrophoresis protein profiles were obtained; the method was also tested forAgave tequilana and Opuntia spp., two more examples of plants that are tolerant to drought stress. Drought-responsive proteins in amaranth leaves were identified by liquid chromatography electrospray ionization tandem mass spectrometry (LC/ESI-MS/MS). The upregulated proteins identified included chloroplast chaperonins involved in refolding and protein complexes protection. Downregulated proteins include Rubisco large subunit, cytochrome b6f, oxygen evolving complexes, and the ascorbate peroxidase mitochondrial. The results have shown that chloroplasts and mitochondria may play a central role in amaranth adaptation to abiotic stress, and further studies should be done at the subcellular level.

Anales del III Congreso Internacional de Vivienda y Ciudad "Debate en torno a la nueva agenda urbana"

Acta de congresoEl III Congreso Internacional de Vivienda y Ciudad “Debates en torno a la NUEVa Agenda Urbana”, ha sido una apuesta de alto compromiso por acercar los debates centrales y urgentes que tensionan el pleno ejercicio del derecho a la ciudad. Para ello las instituciones organizadoras (INVIHAB –Instituto de Investigación de Vivienda y Hábitat y MGyDH-Maestría en Gestión y Desarrollo Habitacional-1), hemos convidado un espacio que se concretó con potencia en un debate transdisciplinario. Convocó a intelectuales de prestigio internacional, investigadores, académicos y gestores estatales, y en una metodología de innovación articuló las voces académicas con las de las organizaciones sociales y/o barriales en el Foro de las Organizaciones Sociales que tuvo su espacio propio para dar voz a quienes están trabajando en los desafíos para garantizar los derechos a la vivienda y los bienes urbanos en nuestras ciudades del Siglo XXI

Análisis proteómico de Amaranto (Amaranthus hypochondriacus) bajo estrés por sequía.

Tesis (Maestría en Ciencias en Biología Molecular)"La sequía es uno de los principales factores que limitan la productividad agrícola mundial, las pérdidas originadas por sequía en cultivos de importancia económica son superiores a las provocadas por cualquier otro factor biótico o abiótico. La exposición de las plantas a ambientes con limitación de agua desencadena cambios fisiológicos regidos por la expresión de diferentes grupos de genes y proteínas cuya actividad ayuda a las plantas a tolerar condiciones ambientales adversas. Es necesario identificar los genes y proteínas que controlan la respuesta al estrés en cultivos de importancia económica para facilitar su mejoramiento biotecnológico a fin de obtener cultivos tolerantes y mejores rendimientos de las cosechas. El amaranto es un cultivo con gran potencial pues además de ser rico en proteínas y compuestos nutracéuticos, puede crecer en condiciones de poca agua y altas temperaturas, lo que lo convierte en un buen modelo para estudiar la tolerancia a sequía y estrés salino. El empleo de las herramientas moleculares ha contribuido al entendimiento de la percepción y transducción de señales en respuesta al estrés. El estudio de los mecanismos de respuesta al estrés en plantas mediante el enfoque proteómico es una herramienta más de la biología molecular que puede contribuir a identificar genes y rutas metabólicas que son cruciales para la tolerancia y la respuesta al estrés. En este trabajo se evaluó mediante electroforesis bidimensional (2-DE) los patrones de proteínas en hoja y raíz de plantas de amaranto sometidas a sequía. El análisis cuantitativo de los geles 2-DE permitió detectar incrementos y disminuciones en la concentración de proteínas tras el tratamiento aplicado, cuarenta y dos de estas proteínas se analizaron mediante espectrometría de masas. Lo cual mostró que las proteínas sobre-expresadas están relacionadas con la señalización en respuesta al estrés, eliminación de especies reactivas de oxígeno, síntesis de osmolitos, mantenimiento del correcto plegamiento y degradación de proteínas. Mientras que las proteínas que disminuyeron su concentración están relacionadas con daño al aparato fotosintético, disminución de la síntesis de lignina y disminución de la actividad de la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.""Drought is one of the most important factors limiting the agricultural yield worldwide, losses by drought on important crops are higher than those occurred by any other biotic or abiotic stressing factor. Plant exposition to water limited environments leads physiological changes governed by the expression of different kinds of proteins and genes whose activity helps plants to tolerate adverse environmental conditions. It is necessary to identify the proteins controlling stress response on economical importance crops to facilitate its biotechnological improvement to obtain higher yields and better tolerant crops. Amaranth is a rediscovered crop with high potential, produces seeds with high content of proteins and is rich in nutraceutic compounds. It can grow at high temperatures with little quantity of water and is a good model for drought and salt stress studies. The usage of molecular tools has contributed to understand the perception and signal transduction in stress response. Proteomic analysis is a molecular biology tool that offers a new approach to discovering genes and molecular pathways related to stress responsiveness and tolerance. In this work, differential protein response in amaranth roots and leaves under severe drought stress was evaluated by two dimensional polyacrilamyde gel electrophoresis (2-DE). Quantitative analysis of the 2-DE gels spots made possible the identification of up and down-regulated proteins in response to severe drought. Forty two protein spots were analyzed by mass spectrometry. Identification of drought responsive proteins shows that up-regulated proteins are related with signaling, elimination of reactive oxygen species, osmolites synthesis and protein folding and degradation. Diminished responsive proteins to severe drought stress were related to photosynthetic damage, decrease in lignin synthesis and decrease in glucolysis and citric acid cycle activity.

Low temperature conditioning of garlic (Allium sativum L.) “seed” cloves induces alterations in sprouts proteome

Low-temperature conditioning of garlic seed cloves substitutes the initial climatic requirements of the crop and accelerates the cycle. We have reported that seed bulbs from ‘Coreano’ variety conditioned at 5 °C for five weeks reduces growth and plant weight as well as the crop yields and increases the synthesis of phenolic compounds and anthocyanins. Therefore, this treatment suggests a cold stress. Plant acclimation to stress is associated with deep changes in proteome composition. Since proteins are directly involved in plant stress response, proteomics studies can significantly contribute to unravel the possible relationships between protein abundance and plant stress acclimation. The aim of this work was to study the changes in the protein profiles of garlic seed cloves subjected to conditioning at low-temperature using proteomics approach. Two sets of garlic bulbs were used, one set was stored at room temperature (23 °C), and the other was conditioned at low temperature (5 °C) for five weeks. Total soluble proteins were extracted from sprouts of cloves and separated by two-dimensional gel electrophoresis. Protein spots showing statistically significant changes in abundance were analyzed by LC-ESI-MS/MS and identified by database search analysis using the Mascot search engine. The results revealed that low-temperature conditioning of garlic seed cloves causes alterations in the accumulation of proteins involved in different physiological processes such as cellular growth, antioxidative/oxidative state, macromolecules transport, protein folding and transcription regulation process. The metabolic pathways affected include protein biosynthesis and quality control system, photosynthesis, photorespiration, energy production, and carbohydrate and nucleotide metabolism. These processes can work cooperatively to establish a new cellular homeostasis that might be related with the physiological and biochemical changes observed in previous studies

Evaluación de quitosano comercial y extractos acuosos de mesocarpio de coco (Cocos nucifera L.) para el control de Rhizopus stolonifer aislado de guanábana (Annona muricata L.): Pruebas in vitro

The antifungal effectiveness of aqueous extracts of coconut mesocarp (Cocos nucifera L.) (AEC) and commercial chitosan (CQ) applied individually and in combination was evaluated against Rhizopus stolonifer in terms of mycelial growth, sporulation, spore germination, as well the primary growth models at two storage temperatures (15-25 oC) was obtained. The use of AEC applied individually, significantly reduced the mycelial growth of R. stolonifer (> 45 %); on the other hand, CQ (1.5 %) showed up to 87 % of control, however, the combination of AEC (10 %) with CQ (1.5 %) was more effective in reducing mycelial growth (> 93 %). All treatments were effective in inhibiting spore production (> 94 %) compared to control (agar). CQ combined with AEC was more effective by inhibiting the germ tube elongation (> 98 %) compared to the individual treatments ( 98-99 %), observing significant differences (p ≤ 0.05) between the variables maximum speed (Vmax) and latency period (ƛ), however all treatments showed a fungistatic effect on the mycelial development of R. stolonifer. The combination of AEC and CQ can be an eco-friendly alternative against soft rot in soursop fruits.La eficacia antifúngica de los extractos acuosos de mesocarpio de coco (Cocos nucifera L.) (EAC) y el quitosano comercial (QC) aplicados de manera individual y en combinación se evaluó contra Rhizopus stolonifer en términos de crecimiento micelial, esporulación y germinación de las esporas, así como la obtención de los modelos de crecimiento primario en dos temperaturas de almacenamiento (15-25 ºC). La aplicación de los EAC al 10% redujo significativamente el crecimiento micelial de R. stolonifer (58.81 ± 6.48%); por otro lado, el QC (1.5%) mostró un efecto de control de hasta un 87%, sin embargo, la combinación de los EAC (10%) con el QC (1.5%) fue más efectiva al reducir el crecimiento micelial (> 93 %). Todos los tratamientos fueron efectivos para disminuir la producción de esporas (> 94 %) en comparación con el control (agar). El QC al combinarse con los EAC fue más efectivo inhibiendola elongación del tubo germinal (> 98 %) comparado con los tratamientos individuales ( 98-99 %) observándose diferencias significativas (p ≤ 0.05) entre las variables de velocidad máxima (Vmáx) y periodo de latencia (ƛ), no obstante, todos los tratamientos mostraron un efecto fungistático sobre el desarrollo micelial de R. stolonifer. La combinación de los EAC y el QC puede ser una alternativa eco-amigable contra la pudrición suave de los frutos de guanábana

Core-shell nanoparticles from fucoidan neoglycans: Synthesis, characterization with capability of glycomimetic ligands for Campylobacter jejuni

Campylobacteriosis produced by Campylobacter jejuni is the main cause of bacterial gastroenteritis worldwide and the binding of this pathogen to fucosylated glycoconjugates expressed on host cells is a determining factor for the infection. The aim of this work was to synthesize and characterize core-shell nanoparticles from fucoidan neoglycans as potential glycomimetic ligands for Campylobacter jejuni. Fucoidan oligosaccharides (OFuc) were obtained by mild hydrolysis of fucoidan. OFuc were separated by ultrafiltration, characterized by dynamic light scattering (DLS), infrared spectroscopy (FTIR), Fluorophore-assisted carbohydrate electrophoresis and lectin recognition. The OFuc1 were then conjugated with bovine serum albumin (BSA) by controlled glycation. The formation of fucosylated BSA (BSA-OFuc1) was confirmed by FTIR, increased surface charge, polyacrylamide gel electrophoresis, mass spectrometry and Ulex europaeus I lectin recognition. Afterwards core-shell BSA/BSA-OFuc1 nanoparticles were obtained by crosslinking. These nanoparticles presented hemispherical form with size and charge distribution of 312.1 ± 3.2 nm and -34.4 ± 0.3 mV respectively and were selectively recognized by C. jejuni by an ELISA-like lectin assay (ELLA). These results revel the potential of core-shell nanoparticles from fucoidan neoglycans as glycomimetic ligands for Campylobacter jejuni and open further opportunities to explore potential applications in the pharmaceutic industry