Ante condiciones climáticas extremas, las plantas inician la síntesis de novo de proteínas involucradas en mecanismos de tolerancia al estrés. En paralelo a este proceso, ya sea en el citoplasma o en el retículo endoplásmico (RE), el plegamiento correcto de dichas moléculas es asistido por otro grupo de proteínas llamadas chaperonas moleculares. _x000D_ _x000D_ Muchas de las proteínas que actúan como chaperonas moleculares fueron inicialmente identificadas como proteínas de choque térmico (heat-shock proteins o Hsp), ya que generalmente se induce su expresión durante el estrés por calor [Lindquist 1986, Lindquist & Craig 1988], aunque algunos miembros de esta familia se expresan y tienen funciones fundamentales en condiciones normales del crecimiento celular u otros estímulos ambientales [Sun et al. 2002]._x000D_ _x000D_ En nuestro laboratorio se aisló un gen que codifica para una Hsp; la Nodulina 22 (Nod22). Este gen, al ser sobre-expresado en células de Eschericha coli, confiere tolerancia a 1 mM de H2O2. Sin embargo, no proporciona tolerancia al choque térmico, lo cual sugiere que su acción es específica de la respuesta al estrés oxidativo [Mohammad et al. 2004]._x000D_ _x000D_ A través de un previo apoyo de la DGAPA [Proyecto IN203807], se analizó el efecto de la sobre-expresión y del silenciamiento de la Nod22 en nódulos transgénicos de frijol inducidos con uno de sus simbiontes naturales, Rhizobium tropici CIAT899. En este trabajo también fueron parcialmente identificadas 4 proteínas que, en ensayos de inmuno-adsorción, interactuaron específicamente con la Nod22. Los datos generados al tiempo de conclusión del proyecto mencionado demostraron que el nivel de expresión de la Nod22 correlaciona negativamente con el grado de infección por Rhizobium._x000D_ _x000D_ Durante los últimos años, en colaboración académica con la Dra. Federica Brandizzi (Plant Biology Laboratory, Michigan State University), hemos sido capaces de establecer la localización sub-celular de la Nod22; el RE. Adicionalmente, datos colectados a partir del transcriptoma de plantas silenciadas en su expresión [CONACYT Proyecto 89754; colaboración académica establecida con el Dr. Said Ghabrial, Plant Pathology Department, Kentucky University] indican que su sola ausencia provoca un caos celular que conduce a la muerte. Por último, hemos descubierto que la Nod22 se induce sistémicamente en frijol tras la infección por Rhizobium, pero no por el virus del moteado clorótico de frijol (BMPV)._x000D_ _x000D_ En este proyecto de investigación, proponemos 1) la purificación a homogeneidad de la Nodulina 22 (Nod22) con el fin de analizar su actividad de chaperona in vitro; 2) la determinación de la secuencia de aminoácidos de las proteínas interactuantes con la Nod22 parcialmente identificadas en el proyecto IN203807 (2006-2008); 3) el análisis in vivo de la interacción de cada una de estas proteínas con la Nod22 mediante la técnica de complementación de fluorescencia bi-molecular (BiF); 4) el estudio detallado de los estímulos bióticos y abióticos que llevan a la inducción del gen que codifica para la Nod22 en frijol (en colaboración académica con el grupo dirigido por el Dr. Mario Rocha, investigador del Instituto de Biotecnología) y 5) la caracterización del efecto de la ausencia de la Nod22 en plantas de frijol a nivel de fenotipo y de expresión génica conjunta a marcadores claves de distintos procesos celulares, entre ellos, estrés en el retículo endoplásmico, respuesta a estrés (proteínas tipo PR), autofagia y muerte celular.

Los mecanismos de respuesta en plantas al estrés ambiental, así como la integración de la maquinaria responsable que conduce a la homeostasis celular, son en gran medida temas aún desconocidos en plantas. _x000D_ _x000D_ Se sabe que tras la percepción al estímulo, se incia la demanda por nuevas proteínas que participarán en eventos tanto de respuesta como de adaptación a las nuevas condiciones. Aproximadamente un tercio de las proteínas totales en eucariontes se sintetizan en el retículo endoplásmico (ER). Este organelo posee un sofisticado sistema de control de calidad (ER-QC), capaz de eliminar a las proteínas malformadas de la vía secretoria. Ya que el proceso de síntesis y de plegamiento de proteínas del RE es extremadamente sensible a las condiciones ambientales, se ha propuesto que el sistema ER-QC ha de alguna manera ursurpado las funciones de un transductor del medio ambiente._x000D_ _x000D_ Bajo condiciones de estrés, la maquinaria de síntesis y plegamiento de proteínas en el RE llegan al límite, provocando la acumulación de proteínas aberrantes, hecho que dispara la respuesta a proteínas no plegadas (UPR). La UPR mitiga el estrés en el RE a través de la sobre-expresión de genes involucrados en el plegamiento, la modificación post-traduccional, y la degradación de proteínas. Sin embargo, bajo condiciones de estrés extremo o prolongado, la UPR también puede conducir a la muerte celular._x000D_ _x000D_ Durante los últimos años en nuestro laboratorio hemos estudiado distintos aspectos de la Nodulina 22 (Nod22), una pequeña proteína de respuesta a estrés por calor cuya inducción se lleva a cabo bajo algunas condiciones bióticas y abióticas. El dramático fenotipo en plantas de frijol provocado por la auscencia de esta proteína sugiere que la Nod22 participa en el mantenimiento de la homeostasis celular bajo condiciones de estrés. Aunado a este hecho, hemos establecido que la Nod22 se localiza específicamente en el RE; dato que sumado a los datos preliminares del transcriptoma de plantas silenciadas en la expresión de esta proteína, sugieren que pudiera formar parte de la maquinaria de la UPR._x000D_ _x000D_ Los estudios que pretendemos llevar a cabo en este proyecto de investigación, contribuirán sin duda al conocimiento que se tiene sobre la conección que existe entre la percepción al estrés ambiental, el estrés en el RE y los mecanismos de respuesta y adaptación al estímulo inicial en plantas. Concretamente, estableceremos el papel de la Nod22 y su función biológica. _x000D_ _x000D_ El abordaje de esta serie de estudios permitirá la formación de recursos humanos de alta calidad; y los resultados que se desprendan podrán difundirse en foros relevantes y plasmarse en revistas científicas de difusión internacional._x000D_