Óxido nítrico como modulador biológico clave en la cicatrización de heridas en tubérculos de patata

Las heridas de los tubérculos de patata (Solanum tuberosum L.) afectan las cualidades de almacenamiento poscosecha y la comercialización. Para mitigar las pérdidas relacionadas con heridas, es necesario acelerar las respuestas de curación de heridas (WH, wound healing) de los tubérculos de papa.

Si bien el papel del óxido nítrico (NO) en la curación de tejidos biológicos heridos es bien conocido, su impacto en las respuestas WH de estos  tubérculos no se ha examinado en profundidad.

El objetivo del presente estudio fue dilucidar el posible papel modulador del NO en la respuesta WH de los tubérculos de patata mediante la determinación de la actividad de enzimas clave asociadas con la biosíntesis de NO.

Métodos (resumen)

Utilizando un sistema de herida modelo, se extrajeron discos de tejido de de minitubérculos del cv. Russet Burbank para examinar sus respuestas de WH.

Los discos se trataron con productos químicos relacionados con el NO, como un eliminador de NO, el inhibidor de la óxido nítrico sintasa (NOS) y los donantes de NO.

Se determinó el efecto de estos tratamientos sobre la producción in vitro de NO, la actividad de la nitrato reductasa, la NOS y la fenilalanina amonialiasa.

Se analizó histológicamente la acumulación de polifenoles de suberina (SPP) en las células del parénquima lesionadas, un indicador del proceso de suberización temprana.

Resultados (resumen)

El tratamiento de los tejidos del tubérculo con la dosis más alta de un eliminador de NO (2-fenil-4,4,5,5-tetrametilimidazolina-1-oxil-3-óxido) en el momento de la herida cesó por completo la acumulación de SPP entre 0 h y 3 días. después de herir.

También se observó una mayor producción de NO y una mayor actividad de NOS inmediatamente después de herir a los tejidos del tubérculo.

Los resultados sugieren que el NO es un modulador biológico clave en las respuestas de WH de las patatas y podría optimizarse como un posible tratamiento exógeno para contrarrestar las pérdidas relacionadas con las heridas.

Introducción

Los daños relacionados con las heridas en los tubérculos de patata pueden causar pérdidas poscosecha significativas (estimadas en ≥ 300 millones de dólares estadounidenses por año) que afectan a la industria de la papa.

Si bien existen varios desafíos poscosecha que pueden afectar negativamente el almacenamiento a largo plazo de las patatas (por ejemplo, crecimiento prematuro de brotes, machucaduras por presión, enfermedades de almacenamiento), las heridas durante la cosecha y las operaciones poscosecha afectan gravemente la calidad de los tubérculos y su comerciabilidad.

Además, cuando se trocean los tubérculos de semilla de papa para plantar, la rápida cicatrización de las superficies cortadas de los trozos es fundamental para el rendimiento y el rendimiento general del cultivo.

La industria de la papa necesita encontrar estrategias prácticas y benignas para abordar estos desafíos relacionados con las heridas. En este contexto, es esencial determinar los mecanismos reguladores asociados con las respuestas de WH de los tubérculos de papa.

Aunque ha habido avances en nuestra comprensión de los mecanismos fisiológicos y la regulación de los procesos de WH de los tubérculos de papa, se necesita más investigación para el desarrollo de nuevas tecnologías para acelerar el WH de corte. o tubérculos heridos.

NO, una molécula de señalización endógena

La aplicación exógena de óxido nítrico (NO) ha ganado interés en la agricultura y la biotecnología debido a su supuesto papel en diversos procesos fisiológicos y de desarrollo de las plantas.

El NO es una molécula de señalización endógena que se sabe desempeña distintas funciones en la formación y diferenciación del xilema (xilogénesis), la senescencia de las plantas y la apoptosis celular, el desarrollo de las flores, movimiento estomático, romper la latencia y promover la germinación, mantener la homeostasis redox celular y brindar protección contra varios estreses biológicos y abióticos.

En diferentes modelos de plantas se investigó el papel del NO en la adaptación al estrés de las plantas, especialmente la interferencia con fitohormonas, la interacción con especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, la modulación de la expresión genética relacionada con el estrés y la actividad proteica.

Heridas, una forma de estrés

Las heridas son una forma de estrés, y la mayoría de las especies de plantas tienen un intrincado sistema de defensa y un mecanismo de respuesta para contrarrestar y reparar los daños tisulares relacionados con las heridas, y el NO es un modulador conocido en la respuesta de las plantas a las heridas.

Investigaciones anteriores han implicado una mayor deposición de glucanocalosa (un polisacárido en las paredes celulares de las plantas que brinda protección contra patógenos) en folíolos de papa heridos tratados con un donante de NO, nitroprusiato de sodio (SNP). El mismo estudio también encontró un aumento de los niveles de transcripción de extensina y fenilalanina amoniaco-liasa (PAL) en folíolos heridos con tratamiento con SNP.

Se observó la inducción de una fitoalexina (es decir, rishitina) en tejidos de patatas con tratamiento de un compuesto liberador de NO (es decir, NOC-18).

La aplicación exógena de donantes de NO (es decir, SNP y S-nitroso-N-acetilpenicilamina-SNAP) mostró una mayor protección contra la fuga de iones asociada al estrés oxidativo en folíolos de papa tratados con Diquat.

De manera similar, se informó una reversión parcial de la formación de clorofila en hojas de papa infectadas con Phytophthora infestans cuando se trataron con SNP.

Estos estudios indicaron que el NO desempeña un papel modulador en las respuestas fisiológicas inducidas por heridas en varios tejidos de las plantas de patata y podría brindar protección contra infecciones y daños por herbicidas.

Sin embargo, el papel regulador del NO o de la biología relacionada con el NO en el WH del tubérculo de papa no se ha investigado a fondo.

Generación de NO en tejidos vegetales y otras fuentes

En las células vegetales, el NO se genera principalmente a partir de L-arginina mediante la actividad de las enzimas óxido nítrico sintasa (NOS) o puede producirse a partir de nitrito (NO2-) mediante la actividad de la nitrato reductasa (NR).

Análogos de la arginina como el éster metílico de NG-nitro-L-arginina (L-NAME) y el acetato de NG-monometil-L-arginina (L-NMMA), que se sabe que funcionan como inhibidores competitivos de la NOS, se utilizaron anteriormente para investigar la generación de NO en células vegetales y su función biológica en el desarrollo vegetal.

De manera similar, el 2-4-carboxifenil-4,4,5,5-tetrametilimidazolina-1-oxil-3-óxido (cPTIO) y el 2-fenil-4,4,5,5-tetrametilimidazolina-1-oxil-3-óxido (PTIO), dos captadores de NO, se han utilizado ampliamente para estudiar el papel del NO en las respuestas al estrés o en el proceso de desarrollo de las plantas.

El proceso de curación de heridas

Investigaciones anteriores también resaltaron la importancia de la formación de suberina polifenólica (SPP) en la capa externa de las células heridas como una respuesta fisiológica inmediata de los tubérculos de papa a las heridas, particularmente durante la fase crítica de WH de 0 a 8 días.

Junto con los polialifáticos de suberina (SPA), la acumulación de SPP en las superficies heridas es parte de la formación de la capa de cierre que proporciona protección inicial a los tejidos heridos del tubérculo de papa.

La formación de SPP y SPA en la superficie herida durante la formación de la capa de cicatrización está estrechamente asociada con la regulación de fitohormonas y cambios metabólicos clave asociados con las respuestas al estrés de las plantas (Lulai et al., 2016). Anteriormente se observó una acumulación acelerada de SPP y lignina y una mayor actividad de PAL en tejidos de patata heridos.

La regulación positiva de la vía de los fenilpropanoides (PAL cataliza el primer paso de la biosíntesis de fenilpropanoides) es una respuesta común de las células vegetales a las heridas y está relacionada con la formación de SPP y otras respuestas de WH. Por lo tanto, la determinación de la actividad de PAL en las primeras etapas de la formación de la capa de cicatrización podría proporcionar una indicación sobre la biosíntesis y acumulación de SPP durante el WH.

La investigación

Se investigaron las posibles funciones moduladoras del NO en las respuestas de WH mediante la utilización de sustancias químicas relacionadas con el NO para mejorar o inhibir su abundancia en los tejidos del tubérculo heridos mecánicamente.

Para determinar la respuesta de las enzimas involucradas en la biosíntesis de NO en tejidos heridos de tubérculos de patata, se utilizaron donantes de NO, eliminadores e inhibidores de enzimas. Los cambios en las respuestas de WH debido a estos tratamientos también se determinaron mediante observación histológica de la acumulación de SPP en las primeras etapas de formación de la capa de cicatrización (0-3 días después de la herida) en los tejidos del tubérculo de papa.

Los resultados de esta investigación brindan información sobre el papel del NO en los procesos de WH de la patata y podrían conducir a nuevas estrategias de manejo para mitigar las pérdidas de tubérculos de papa relacionadas con heridas.

La imagen muestra la acumulación de polifenoles de suberina (SPP) en la primera capa celular de la superficie herida (durante la formación de la capa de cicatrización) de los tejidos de la pulpa del tubérculo de patata. Efecto de diferentes tratamientos químicos relacionados con NO sobre la calificación de SPP (entre paréntesis ± error estándar) 3 días después de la herida.

Diferentes letras minúsculas representan diferencias estadísticamente significativas en las calificaciones de SPP entre tratamientos con un nivel de confianza del 95%.

Fuente

Munevver Dogramaci, Dipayan Sarkar Edward C. Lulai. (2024). Modulatory role of nitric oxide in wound healing of potato tubers. Front. Hortic. Sec. Postharvest Physiology, Management and Technology Volume 3 - 2024 
https://doi.org/10.3389/fhort.2024.1345461
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fhort.2024.1345461/full