El presente proyecto está enfocado en los mecanismos de tolerancia al aluminio que presenta la especie acumuladora Fagopyrum esculentum var. Mancan, Moench. (Polygonaceae), en dos niveles: 1) a nivel molecular que abarca el estado de plántula (5-7 días de edad), y 2) a nivel fisiológico (plántula-planta adulta). El planteamiento central del proyecto es determinar, si el aluminio induce en las raíces de Fagopyrum un aumento en los niveles endógenos de ABA, y si este aumento se relaciona con la exudación del ácido orgánico, siendo una señal para la expresión de transportadores del tipo ALMT, o de otro tipo. Para esto se propone monitorear la liberación del ácido orgánico inducido por el aluminio y medir los niveles de ABA endógeno en el ápice de la raíz (0-5 mm), y en la sección posterior al apice (0.5-10 mm) en plántulas de 5-7 días de edad expuestas a diferentes concentraciones de aluminio y tiempos de exposición. El monitoreo de la exudación de ácidos orgánicos se realizará inicialmente por técnicas de cromatografía en capa fina (TLC) y posteriormente, se identificará y cuantificará por electroforesis capilar. La caracterización del (los) transportadores se realizará utilizando dos estrategias/herramientas: 1) por un análisis del patrón de proteínas de membrana, con 2DGE (electroforesis de geles de dos dimensiones-MALDITOF), del ápice y de la sección posterior a éste, de las raíces expuestas a la concentración de aluminio y tiempo de exposición al cual se presente la mayor exudación de ácido orgánico, y que coincida con niveles altos de ABA. 2) por caracterización molecular, utilizando las secuencias de los genes de los transportadores del tipo ALMT reportados para otras especies como trigo, maíz, Brassica, Arabidopsis, entre otras; diseñando oligonucléotidos degenerados a partir de las regiones con mayor similitud, y utilizando RT-PCR. Una vez clonada y secuenciada la clona se identificará el gen, y también se utilizará para estudiar la expresión del mismo (RT-PCR semicuantitativo). La segunda parte del proyecto, a nivel fisiológico durante el ciclo de vida de Fagopyrum, es evaluar si el aumento en los niveles de ABA en las raíces, provoca un efecto en la tasa fotosintética (debida a cierre de estomas), induciendo que la planta asigne mayores recursos a la raíz (lo que se ha observado en plantas acumuladoras de aluminio como el té). Esto se llevará a cabo, primero por un análisis de crecimiento relativo para determinar los componentes fisiológicos y morfológicos del crecimiento (RGR= LWR + NAR), y también determinando la tasa fotosintética, midiendo curvas de luz y de CO2 durante el ciclo de vida de plantas tratadas con diferentes concentraciones de aluminio, y durante el desarrollo vegetativo de la planta. Esta parte de las respuestas fisiológicas se complementarán con la evaluación de la respuesta antioxidante determinando la actividad de algunas enzimas de este sistema, y los niveles de H2O2 y O2-, tanto en hojas como en raíz.

La acidificación del suelo es un proceso natural, o bien, provocado por la manipulación del hombre, ya sea por la utilización excesiva de fertilizantes nitrogenados, o por la deforestación de las comunidades vegetales. Ésta acidificación se da cuando el pH del suelo disminuye por debajo de 4.5, limitando el crecimiento de muchas plantas debido a la presencia de la forma fitotóxica del aluminio (Al3), la forma soluble del aluminio. Actualmente, esta área de investigación ha avanzado mucho con respecto al estudio de los procesos fisiológicos involucrados en la toxicidad del aluminio en diferentes especies, i.e. maíz, trigo, cebada, sorgo, y en la planta modelo Arabidopsis. Sin embargo, hay especies de plantas que presentan mecanismos de resistencia y tolerancia a la toxicidad del aluminio. Especies como Camellia sinensis (té), Richeria grandis, Hydrangea microphylla (Hortencia), Melastoma malabathricum, Conostegia xalapensis , así como Fagopyrum esculentum (trigo sarraceno o alforfón) son especies consideradas como ‘acumuladoras de aluminio’. Estas plantas son capaces de almacenar en sus tejidos, principalmente en las hojas, concentraciones desde 1000 mg kg-1 hasta 30 000 mg /kg de aluminio en hojas maduras, y de 600 mg /kg en las jóvenes (como es el caso del té). Las estrategias de estas plantas para tolerar al Al involucran 1) la exclusión del aluminio de las células de la raíz, a través de la liberación o exudación de ácidos orgánicos y 2) un mecanismo intrínseco, a través de la unión o fijación del Al en la pared celular (apoplasto) o vacuola. Y aunque existe una basta literatura sobre aspectos de la liberación de los ácidos orgánicos, su identificación, la caracterización molecular de los transportadores y su papel en la tolerancia al aluminio (Ver revisiones de Ma et al. 2001; Kochian et al, 2004; Ma et al. 2001; Delhaize et al. 2007, entre otras), en plantas como maíz, trigo, cebada, sorgo, Arabidopsis. Sin embargo, h y pocos estudios y grupos de investigación dedicados a las plantas acumuladoras de aluminio, referidas en el párrafo anterior. Estas plantas presentan además de la exudación de ácidos orgánicos al medio, la capacidad de acumular en sus tejidos el aluminio, lo que las hace especies sumamente tolerantes al aluminio, y de especial interés para ampliar el conocimiento de los diferentes mecanismos de tolerancia. Con base en esto, una de las contribuciones del presente proyecto es profundizar y contribuir al conocimiento de plantas acumuladoras de aluminio, desde los mecanismos que presentan en el establecimiento de plántula, relacionando los niveles de ABA con la exudación de los ácidos orgánicos, y caracterizando un transportador, utilizando dos herramientas la proteómica y la molecular. Por otro lado, la mayoría de los estudios sobre tolerancia o toxicidad solo contemplan las primeras etapas de desarrollo de las plantas, dado que es donde hay mayor incidencia de daño por el aluminio. Por esto, otra contribución del proyecto es el estudio del efecto del aluminio durante todo el ciclo de vida de la planta. Se ha reportado que las especies acumuladoras no presentan ningún signo de daño o efecto en su crecimiento, sin embargo, en las plantas de té (Camelia sinensis) la biomasa de su raíz aumenta significativamente cuando crecen en presencia del aluminio (Ghanati et al. 2005) No hay estudios relacionados que expliquen el porqué se da el aumento en la biomasa de la raíz en estas especies. Si se comprueba que los niveles de ABA endógeno aumentan por la presencia del aluminio, como ocurre en el estrés hídrico (Shinozaki et al. 1998), entonces podríamos suponer que estaría afectando el cierre de estomas en las plantas expuestas al aluminio, nuestra hipótesis, basada en este supuesto, es que el ABA es una señal que va a modificar la tasa fotosintética (conductancia estomática), haciendo por un lado una modificación en las características de la hoja (i.e. proporción de área foliar, LAR) y finalmente una reasignación de recursos hacia la parte de la raíz. Este resultado sería otra contribución del presente proyecto, contribuir a entender el papel del aluminio en el crecimiento de las especies acumuladoras de aluminio. Cabe mencionar que hace dos años empezamos a trabajar sobre plantas acumuladoras de aluminio. Dentro del proyecto: La familia Melastomataceae como plantas acumuladoras de aluminio y su papel en suelos perturbados de Veracruz, México en especifico el caso de Conostegia xalapensis, se realizó una tesis de maestría con el título: Efectos del Aluminio en el crecimiento y sistema antioxidante de Conostegia xalapensis (Bonpl) (Melastomataceae). Tesis de Maestria, UNAM. Seguimos en esta línea sobre los mecanismos de tolerancia en especies acumuladoras, en el presente proyecto proponemos otra especies, Fagopyrum esculentum dado que es una especie anual de rápido crecimiento, por lo que nos permite abordar los estudios sobre los efectos del aluminio en todo el ciclo de vida. Asimismo, este proyecto también contribuye en el estudio de una especie que es tolerante a la toxicidad de alumino y puede ser utilizada como un cultivo alterno tanto para consumo humano como de forraje.