Mecanismos implicados en la acumulación y tolerancia al Cd en Dittrichia viscosa (L.) Greuter

Abstract

La contaminación de suelos con cadmio (Cd) es un problema medioambiental grave y para recuperar estos terrenos se emplean técnicas como la fitorremediación, basada en el uso de plantas que acumulan altas concentraciones de metales pesados. Una de ellas es Dittrichia viscosa (L.) Greuter, que crece en zonas degradadas de Asturias. El objetivo de este trabajo es estudiar los mecanismos implicados en la tolerancia y acumulación de Cd de esta especie. En primer lugar se estudió el efecto del Cd sobre el crecimiento de D. viscosa cultivada in vitro y las diferencias en acumulación entre los distintos clones ensayados. Tras un tratamiento con Cd durante 40 días el crecimiento de la planta se redujo y el contenido de Cd superó el nivel de hiperacumulación, oscilando entre 300 (clon DV-D) y más de 1300 mg Cd kg-1 de peso seco en su parte aérea (clon DV-A). Atendiendo a una serie de parámetros, se seleccionó el clon DV-A para ser utilizado en todos los estudios posteriores. A continuación se comparó la respuesta al Cd de dos clones de D. viscosa, DV-A (procedente de un terreno contaminado) y DV-W (de una zona no contaminada), cultivados in vitro. Se observó una acumulación similar entre ellos y no se sintetizaron nuevas fitoquelatinas (PCs), tioles no-proteicos que actúan como agentes quelantes. La dilución del medio de cultivo afectó a la producción de PCs, incrementándose ésta en un medio diluido a la mitad y más aún en un medio diluido a un cuarto, mientras que la absorción de Cd no aumentó en la misma proporción pero aun así superó el nivel de hiperacumulación. Aunque la inhibición de la síntesis de PCs redujo la tolerancia y acumulación de Cd, una mayor concentración del metal en la planta no supuso una mayor síntesis de PCs, lo que sugiere que estos tioles son importantes, pero no decisivos, en la acumulación y detoxificación de Cd en D. viscosa cultivada in vitro. Posteriormente se caracterizó la respuesta al Cd de los clones DV-A and DV-W cultivados en hidroponía. Ambos clones toleraron y acumularon altos niveles de Cd, tal y como se había observado in vitro. Sin embargo, cuando se aumentó la concentración de este metal, DV-A fue más tolerante y resistió mejor las altas concentraciones de Cd que DV-W. Los mecanismos de detoxificación de Cd, en DV-A, consistieron en un aumento de la actividades enzimáticas ascorbato peroxidasa y catalasa y una mejor eficiencia del enzima glutatión reductasa. Tanto los fenoles como el enzima guaiacol peroxidasa fueron importantes en ambos clones. En cuanto a las PCs, se sintetizaron de novo PC2 y PC3 en respuesta a Cd, y el contenido total de tioles no-proteicos fue mayor en el clon DV-W. El Cd también afectó al contenido de ácidos orgánicos en ambos clones, destacando sobre todo la variación en ácido cítrico. Los estudios de fraccionamiento y localización ultraestructural mostraron que la retención en la pared celular es la primera estrategia frente a la entrada de Cd en D. viscosa, aunque los tioles no-proteicos y los ácidos orgánicos podrían tener un papel destacado una vez que el metal ha penetrado en el interior de las células. Finalmente, con el objetivo de conocer si las diferencias observadas entre DV-A y DV-W están determinadas genéticamente, se ha estudiado, mediante marcadores basados en repeticiones de secuencias simples (ISSRs), la diversidad genética de cinco individuos de dos poblaciones de distinto origen, una procedente de un terreno contaminado (DV-A, DV-K, DV-F y DV-G) y otra de una zona no contaminada (DV-W). La mayor variación genética fue aquella entre localidades y en el clon DV-W se detectó un patrón de bandas ISSR característico y distinto del de los clones DV-A, DV-K, DV-F y DV-G. Por tanto, las diferencias encontradas entre DV-A y DV-W en su capacidad para tolerar y acumular Cd podrían estar determinadas genéticamente, y puesto que ambos clones son hiperacumuladores, este carácter podría haber evolucionado en paralelo en estas dos poblaciones.