Arabinogalactan proteins are involved in salt-adaptation and vesicle trafficking in tobacco by-2 cell cultures

Abstract

Las proteínas de arabinogalactano (AGP) son una familia muy diversa de glicoproteínas que se encuentran comúnmente en la mayoría de las especies de plantas. Sin embargo, poco se sabe sobre los mecanismos fisiológicos y moleculares de su función. Los AGP participan en diferentes procesos biológicos, como la diferenciación celular, la expansión celular, el desarrollo de tejidos y la embriogénesis somática. Los AGP también participan en la respuesta al estrés abiótico, como la expansión de la pared celular que modula la salinidad. En este estudio, describimos cómo la adaptación a la sal en cultivos de células de tabaco BY-2 induce cambios importantes en la distribución y el contenido de proteínas de arabinogalactano. Usando la técnica de inmunotransferencia con diferentes anticuerpos anti-AGP (JIM13, JIM15 y otros), observamos que los AGP estaban altamente acumulados en el medio de cultivo de células de tabaco adaptadas a la sal, probablemente debido a la acción de las fosfolipasas. Localizamos estos epítopos de AGP mediante el etiquetado de inmunoglobulina en el citoplasma asociado al retículo endoplásmico, el aparato de Golgi y las vesículas, la membrana plasmática y el tonoplasto. Nuestros resultados muestran que la adaptación a la sal indujo una reducción significativa del contenido de citoplasma, membrana plasmática y tonoplasto de estos epítopos. El reactivo de Yariv se añadió al control y a los cultivos celulares de tabaco adaptados a la sal, lo que condujo a la inducción de muerte celular en las células de control pero no en las células adaptadas a la sal. El etiquetado ultraestructural e inmunogoldeo reveló que la muerte celular inducida por el reactivo de Yariv en las células de control se debía a la interacción del reactivo de Yariv con los AGP unidos a las membranas plasmáticas. Finalmente, proponemos una nueva función de los AGP como un posible portador de sodio a través del mecanismo del tráfico de vesículas desde la apoplastia hasta las vacuolas en células BY-2 de tabaco adaptadas a la sal. Este mecanismo puede contribuir a la homeostasis del sodio durante la adaptación de la sal a altas concentraciones de solución salina.

Arabinogalactan proteins (AGPs) are a highly diverse family of glycoproteins that are commonly found in most plant species. However, little is known about the physiological and molecular mechanisms of their function. AGPs are involved in different biological processes such as cell differentiation, cell expansion, tissue development and somatic embryogenesis. AGPs are also involved in abiotic stress response such as salinity modulating cell wall expansion. In this study, we describe how salt-adaptation in tobacco BY-2 cell cultures induces important changes in arabinogalactan proteins distribution and contents. Using the immuno-dot blot technique with different anti-AGP antibodies (JIM13, JIM15, and others), we observed that AGPs were highly accumulated in the culture medium of salt-adapted tobacco cells, probably due to the action of phospholipases. We located these AGP epitopes using immunogold labeling in the cytoplasm associated to the endoplasmic reticulum, the golgi apparatus, and vesicles, plasma membrane and tonoplast. Our results show that salt-adaptation induced a significant reduction of the cytoplasm, plasma membrane and tonoplast content of these epitopes. Yariv reagent was added to the control and salt-adapted tobacco cell cultures, leading to cell death induction in control cells but not in salt-adapted cells. Ultrastructural and immunogold labeling revealed that cell death induced by Yariv reagent in control cells was due to the interaction of Yariv reagent with the AGPs linked to the plasma membranes. Finally, we propose a new function of AGPs as a possible sodium carrier through the mechanism of vesicle trafficking from the apoplast to the vacuoles in salt-adapted tobacco BY-2 cells. This mechanism may contribute to sodium homeostasis during salt-adaptation to high saline concentrations.