Analysis and Effects of Cytosolic Free Calcium Increases in Response to Elicitors in Nicotiana plumbaginifolia Cells

Resumo

Suspensões de células obtidas de plantas de Nicotiana plumbaginifolia que expressam de forma estável o gene apoaequorin foram usadas para analisar as alterações nas concentrações de cálcio livre citosólico ([Ca2+]cyt) em resposta a elicitores de defesas de plantas, especialmente criptogeína e oligogalacturonídeos. As assinaturas de cálcio diferem em tempo de atraso, tempo de pico, intensidade e duração. As intensidades de ambas as assinaturas dependem da concentração do elicitor e da concentração de cálcio extracelular. A assinatura da criptogeína é caracterizada por um aumento sustentado e prolongado de [Ca2+]cyt que deve ser responsável pela ativação sustentada da proteína quinase ativada por mitógeno, despolimerização de microtúbulos, ativação de genes de defesa e morte celular. O aumento da [Ca2+]cyt nas células tratadas com elicitor resulta primeiramente de um influxo de cálcio, que, por sua vez, leva à liberação de cálcio das reservas internas e ao influxo adicional de Ca2+. O H2O2 resultante da ativação dependente de cálcio da NADPH oxidase também participa do aumento da [Ca2+]cyt e pode ativar os canais de cálcio da membrana plasmática. Os ensaios de competição com diferentes elicitinas demonstram que o aumento da [Ca2+]cyt é mediado pela interação criptogeína-receptor.

Abstract

Cell suspensions obtained from Nicotiana plumbaginifolia plants stably expressing the apoaequorin gene were used to analyze changes in cytosolic free calcium concentrations ([Ca²⁺]_cyt) in response to elicitors of plant defenses, particularly cryptogein and oligogalacturonides. The calcium signatures differ in lag time, peak time, intensity, and duration. The intensities of both signatures depend on elicitor concentration and extracellular calcium concentration. Cryptogein signature is characterized by a long-sustained [Ca²⁺]_cyt increase that should be responsible for sustained mitogen-activated protein kinase activation, microtubule depolymerization, defense gene activation, and cell death. The [Ca²⁺]_cyt increase in elicitor-treated cells first results from a calcium influx, which in turns leads to calcium release from internal stores and additional Ca²⁺ influx. H₂O₂ resulting from the calcium-dependent activation of the NADPH oxidase also participates in [Ca²⁺]_cyt increase and may activate calcium channels from the plasma membrane. Competition assays with different elicitins demonstrate that [Ca²⁺]_cyt increase is mediated by cryptogein–receptor interaction.