Metabolismo de ureidos y nucleótidos durante la germinación y desarrollo inicial de plántulas de Phaseolus vulgaris

La judía (Phasealus vulgaris) es una leguminosa que transporta la mayoría del nitrógeno fijado en los nódulos hacia las partes aéreas en forma de ureidos. Estos compuestos tienen una elevada relación N/e, lo que los convierte en moléculas ideales de transporte y almacenamiento de nitrógeno. La germinación y desarrollo postgerminativo son dos etapas cruciales en el ciclo de vida de las plantas. En estos periodos, las plantas son heterotróficas ya que dependen completamente de las reservas acumuladas en las semillas. Antes de que los nutrientes se agoten, las plántulas pasan a un metabolismo autotrófico. En este trabajo se ha estudiado el metabolismo de ureidos y nucleótidos en plántulas de judía durante la germinación y desarrollo postgerminativo temprano. Las semillas de judía presentan niveles muy altos de ureidos además de elevados valores de actividad alantoinasa. Tras la emergencia radicular, se produce una inducción del metabolismo de ureidos principalmente en los ejes en desarrollo. Las actividades enzimáticas implicadas en la degradación de los ureidos alantoína, alantoato y ureidoglicolato se inducen en ejes en desarrollo, lo que sugiere un papel importante de estos compuestos en la movilización del nitrógeno durante la germinación y desarrollo postgerminativo. Se han obtenido anticuerpos frente a la proteína alantoinasa sobreexpresada en E. coli, que reconocen al menos tres proteínas en extractos de judía. En la ruta de síntesis de ureidos a partir de purinas, el primer paso estaría catalizado por una actividad fosfatasa que catalizaría la conversión de nucleótidos a nucleósidos. Se ha determinado y caracterizado una actividad fosfatasa resistente a molibdato, inhibidor de fosfatasas ácidas, en ejes de judía y cuyo patrón temporal de actividad correlaciona con el aumento de ureidos. Se determinó actividad tanto con nucleótidos purínicos como pirimidínicos. Se ha clonado un AONc que codifica una nucleotidasa con dominios similares a los de una nucleotidasa específica de pirimidinas. Sin embargo, la proteína sobreexpresada presentó actividad tanto con pirimidinas como purinas.French bean (Phaseolus vulgaris) is a legume that transports most of the fixed nitrogen from the nodules to the aerial parts as ureides. These compounds have a high N/e ratio, which makes them ideal for the transport and storage of nitrogen. Germination and seedlings growth are two crucial stages in the life cycle of plants. In these periods, plants are heterotrophic and they dependent on the reserves accumulated in the seeds. The plants become autotrophic before the nutrients are depleted. In this work, we have studied nucleotide and ureide metabolism in French bean during germination and seedlings development. Oried common bean seeds accumulate ureides and they show high levels of allantoinase activity. After radicle protusion, ureide metabolism is induced mainly in developing axes. The enzymatic activities involved in the degradation of ureides (allantoin, alantoate, and ureidoglicolate degrading activities) are induced in developing axes, suggesting a role of these compounds in the mobilization of nitrogen during germination and seedling growth. Antibodies against the common bean allantoinase were raised by using purified protein overexpressed in Escherichia cali and they recognize at least three proteins in crude extracts from common bean. The first step in the pathway from purines to ureides is catalysed by a phosphatase, which transforms nucleotides to nucleosides. A molibdate resistant phosphatase activity has been determined and characterized from developing axes. The values of phosphatase activity during germination and seedling development correlates with the ureide accumulation pattern. Molibdate-resistant phosphatase was determined with both purine and pyrimidine nucleotides as substrates. A cONA encoding a putative pyrimidine nucleotidase was cloned from French bean. However, the overexpressed protein showed activity with both pyrimidines and purines as substrates

Biotecnología de plantas superiores y algas verdes

Los ureidos, alantoína y alantoato, son los principales compuestos sintetizados a partir del nitrógeno fijado en los nódulos de las leguminosas que se exportan a las partes aéreas en leguminosas tropicales como la judía. Los ureidos se producen por la oxidación de las purinas sintetizadas de novo en los nódulos radicales y también como parte de un proceso de recuperación de los compuestos nitrogenados en tejidos senescentes. Los ureidos se acumulan en varios tejidos vegetales en respuesta al estrés hídrico, y se ha sugerido que la acumulación de estos compuestos nitrogenados es la responsable de la inhibición de la fijación de nitrógeno que tiene lugar en condiciones ambientales adversas. A pesar de la importancia crucial de los ureidos como compuestos de reserva y transporte de nitrógeno, hasta el momento no se llevado a cabo la caracterización de las rutas de síntesis y degradación de ureidos en plantas. En particular, parece que existen dos posibles rutas de degradación de alantoato, y que el que determinadas leguminosas usen una u otra ruta puede afectar a la sensibilidad o tolerancia de esas plantas a la sequía. Por tanto la determinación de la ruta que opera en leguminosas de gran interés agronómico como la judía y el garbanzo, puede a la larga tener utilidad biotecnológica con la obtención de plantas que sean capaces de mantener la fijación de nitrógeno en condiciones ambientales adversas, como la sequía. Además de en la caracterización, con fines biotecnológicos del metabolismo de ureidos en leguminosas, se está trabajando obtención de algas superproductoras de γ-tocoferol (vitamina E) mediante ingeniería metabólica, así como en el análisis del contenido en antioxidantes del aceite de oliv