Proteolisis durante el desarrollo y la germinación de trigo (Triticum aestivum)

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Los cereales son los cultivos agrícolas más importantes del mundo. La producción toral de los ocho tipos más abundantes (trigo, maíz, arroz, cebada, sorgo, avena, mijo y centeno, en orden decreciente de importancia) excede de 1600 millones de toneladas métricas (según datos de la FAO, 1982). De ellos, la producción anual mundial de trigo es de más de 550 millones de toneladas métricas, siendo su superficie de cultivo de 220 millones de hectáreas, y el valor de mercado de 60000 millones de dólares (datos tomados de Vasil et al., 1992). Durante la formación de la semilla las células del endospermo de reserva se especializan en la síntesis y acumulación de compuestos de reserva, fundamentalmente almidón, que constituye hasta el 82% del peso seco de la semilla, y proteínas, que constituyen en torno al 13% dependiendo de la variedad y las condiciones de cultivo (Robinson, 1987). Las proteínas de reserva de la semilla de trigo son de dos clases: gliadinas, una compleja mezcla de proteínas con peso molecular entre 30 y 70 kDa, y gluteninas, menos solubles que las anteriores, son agregados de peso molecular entre 200 y 20000 kDa (Blackman y Payne, 1987). Estas proteínas son las responsables de la extensibilidad (gliadinas) y elasticidad (gluteninas) de la harina que se obtiene del trigo, propiedades que la hacen especialmente adecuada en la industria panadera. A causa de que la mayoría del trigo se usa en alimentación, este constituye una fuente importante de proteínas en la dieta mundial, a pesar de su relativamente bajo contenido en proteína (usualmente entre 8 y 15%) y de su deficiencia en algunos aminoácidos esenciales (principalmente lisina). En los países industrializados el consumo de pan cubre el 50% de las necesidades de carbohidratos, un tercio de las necesidades de proteínas y dos tercios de las de vitaminas del grupo B. En los países asiáticos, los cereales contribuyen en un 65% a la proteína de la dieta, y el trigo solo en un 48%. La importancia nutricional de las proteínas del trigo, potenciada por algunas épocas de escases alimentaria en determinadas partes del mundo, ha estimulado la investigación de la genética y biosíntesis de las mismas de trigo (Kasarda et al., 1976). Más recientemente las proteínas de reserva han sido utilizadas como sistemas para el estudio de la organización y expresión de genes en plantas (Shewry y Miflin, 1985; Shewry et al., 1995). La calidad nutritiva del trigo viene determinada por la estructura y composición de las proteínas de reserva almacenadas en el endospermo. Recientemente se han obtenido las primeras plantas de trigo establemente transformadas y fértiles (Vasil et al., 1992), abriéndose la posibilidad de manipular la cantidad relativa de las proteínas de reserva y su composición. Las iniciativas encaminadas a mejorar el rendimiento y la productividad del trigo permiten esperar un impacto significativo en la agricultura internacional. CONCLUSIONES 1. Se han identificado por tinción de actividad en gel hasta 20 endoproteasas en extractos de semillas tras 5 d de imbibición. Entre ellas hay un grupo de tiol-proteasas ácidas, que se detectan en el endospermo de reserva y que se sintetizan en capaz de aleurona en respuesta a GA3. 2. Se han purificado tres tiol-proteasas de semillas de trigo tras 5 d de germinación: una de 28 kDa de peso molecular, EP28, hasta la homogenidad electroforética; y las otras dos, EP55 y EP33, de 55 y 33 kDa de peso molecular, respectivamente, parcialmente purificadas. Una mezcla de EP285, EP55 y EP33 es capaz de digerir la gliadina in vitro. 3. Las giberelinas coordinan espacio-temporalmente todos los eventos que tienen lugar durante la germinación de la semilla de trigo: expresión de genes dependientes de GA, variaciones de pH en el endospermo, síntesis y secreción de proteasas al endospermo, degradación de las gliadinas y muerte celular de la capa de aleurona. 4. En los órganos emergentes de la semilla de trigo, radícula y coleptilo, también se han detectado actividades proteolíticas. La tiol-proteasa análoga a la catepsina B se expresa en la radícula y el coleptilo de la semilla de 2 d tras la germinación. En la raíz se detecta concretamente en las células epidérmicas de la zona no meristemática. 5. Se han identificado por tinción de actividad en gel hasta 12 endoproteasas neutras y 6 endoproteasas, ácidas en extractos de semillas, de trigo de 10-30 DPA. La mayor parte de las endoproteasas neutras son serín-proteasas y se localizan en la fracción embrión-aleurona-testa, mientras que las ácidas son tiol-proteasas y se localizan en la fracción endospermo-subaleurona. 6. La carboxipeptidasa III y la tiol-proteasa análoga a la catepsina B, propias de la germinación, también se expresan durante el desarrollo de la semilla de trigo. Ambas se expresan en el tejido nucelar de semillas de 16 DPA, y la tiol-proteasa se detecta también en la ruta postfloemática de transferencia de fotoasimilados, concretamente en las proyecciones nucelares y en las células de aleurona modificadas.

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