Mecanismos de defensa

de las plantasFABRICIO GUNCAYRENATO ANDRADENELSON VINUEZA

ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITOCARRERA DE INGENIERIA AGROPECUARIA

SANTO DOMINGO

IASA II

• "El Conocimiento está donde sea que nos encontremos, solo falta que deseemos buscarlo"... Ing. Agrónoma Perling Lagarde

MECANISMO FRECUENTES EN PLANTAS HABITUALES EN CONDICIONES DESFABORABLES

INFLUENCIA DE LAS

CONDICIONES AMBIENTALES

Estan en la biosfera en diferentes condiciones

desfavorables a las que sobreviven en tanto lo permita la

flexibilidad funcional de su genoma.

Las condiciones ambientales son desfavorables en

cuanto se apartan de las condiciones

optimas de desarrollo de las

plantas

La planta puede soportar condiciones adversas, hasta la vuelta de las condiciones habituales a ella.

Conocer el mecanismo desarrollado por la planta para soportar estas condiciones:

TRANSITORIOS Y ADVERSOS

Que provocan alteraciones funcionales e inclusive la muerte de

la planta

ANTE ESTAS CONDICIONES:

La planta pueden desarrollar dos tipos de respuestas:

La planta desarrolla funciones y estructuras que contrarrestan o protegen de condiciones adversas

Celulas adoptan sus funciones para que puedan operar en condiciones adversas

TIPOS DE CONDICIONES ADVERSAS MAS FRECUENTEMENTE SON SOMETIDAS

SEQUIA: Condicion ambiental transitoria y extrema que mas frecuentemente se ven sometidas a las plantas.

Han desarrollado mecanismos:• Reduccion de transpiracion• Cuticula gruesaAdaptaciones tan difundidas como los mecanismos fotosinteticos de las CAM y C4

FORMA DE ADAPTACION: Plantas anuales periodos secos en semilla Resistente desecación de estructuras vegetales Perennes han desarrollado un profundo sistema radicula que le permite captar agua del

suelo próximo a la capa freática. Extenso sistema radicular en los cactus que le permite captar agua en zonas extensas.TAN DIVERSOS QUE NO SE PUEDEN DAR UNA VISION MAS DETALLADA DE CADA UNA DE ELLAS.

ALTAS Tº• Provocan muerte en plantas • Provocan desnaturalización de las proteínas• Acumulación de toxinasLos mecanismos de protección o evitación son la adaptación, y aumento de la transpiración, protegiendo la perdida de agua

BAJAS Tº• Provocan muerte en plantas

Mecanismo de protección es la adaptaciónMuchas plantas tienen meristemas subterraneos, el abrigo de las bajas Tº que le permite reiniciar el crecimiento cuando cesa el frioLa mayor parte de arboles que soportan estas Tº mantienen subenfriado el agua de sus tejidos por debajo del punto de congelación, un estado metaestable sin formar cristales de hielo, formados en la corteza y no en el xilema debido a su compactación.

UV

INTERACCIÓN

Planta- Microorganismo

Planta- Estrés

Planta- Planta

¿Cómo una planta se defiende delataque de un microorganismo?

Mecanismos de Defensa

Constitutivos InducidosPreformados antes delataque por un patógeno En respuesta al ataque por

un patógeno

Estructurales y químicos

Defensas constitutivas

- Cutículas gruesas y ceras cuticulares

- Tricomas (pelos foliares) Estructura y función de

estomas

- Células especializadas: células de esclerénquima

(paredes gruesas, células lignificadas, en gramíneas )

Estructurales

Químicas- Compuestos tóxicos constitutivos: glucósidos,saponinas, alcaloides.- Proteínas antifúngicas- Enzimas inhibidoras

Ceras cuticulares

Tricomas

Estomas

Citrus nobilis resistente estomas < 1,5 µm

Xanthomonas axonopodis

Citrus grandis susceptible estomas 9,8 a 11 µm

Defensas constitutivas químicas

En forma Activa:Compuestos biológicamente activos o inhibidores de la patogenicidadAlcaloides, saponinas

Precursores inactivosEn vacuolas u organelas

Defensa inducida

Reconocimiento del patógeno por la planta

Hipótesis gen - por - gen

Planta gen de resistencia RPatógeno gen de avirulencia Avr

Interacción entre el receptor transmembrana (R) y el ligando (Avr)Posibilita detección del patógeno

Se activa cascada de señales que induce la defensa

Respuesta de defensa

1° Nivel de respuesta: Resistencia local adquirida (LAR)

2° Nivel de respuesta: Resistencia sistémica adquirida (SAR)(Implica existencia de sistema de señales de transmisión a través de los tejidos

Toma de Ca++ extracelularActivación de β-1,3-glucan sintetasa ---- calosaEstallido oxidativo producción de EROMuerte celular por Reacción HipersensitivaAcumulación de metabolitos 2° con actividad antimicrobianaEstimulación de la actividad enzimática (PAL, CHS, CHI)Acumulación de enzimas hidrolíticasDeposición de sustancias de refuerzo

EVITAR AVANCE DEL PATÓGENO

Patógeno ____

Paredcelular

Genes Avr__ __ __ __ ____________

Factor deavirulencia

Efecto antimicrobiano

H

2O2

O2•

Muerte celularprogramada HR

SAR

CélulaHospedante

Factor deavirulencia

Receptorintracelular

Citosol

__ __ __ __ __ ______________

Genes R

Receptor extracelular

Ca++ Ca++

Vías deTransducciónde señales

Estallidooxidativo

__ __ __ __ __ ______________

Acidosalicílico

Respuestas de defensa-Fitoalexinas-Proteínas PR

-LAR-Barreras estructurales

-etc

Núcleo Genes de defensa

:

Elicitores: Sustancias que provocan la síntesis y acumulación de fitoalexinas en el huesped.

SISTEMA DE ALARMAS

ELÉCTRICA

QUÍMICA

Elicitores (o inductores)

BIÓTICOS

Provienen de

la planta

Provienen del

huésped

ABIÓTICOSHeridas,

intoxicaciones, irradiaciones. (Iones

cúpricos, cloruro mercúrico)

MECANISMOS DE DEFENSA ACTIVADOS POR EL PATOGENO

Resistencia Sistémica Inducida (ISR)• Es el mecanismo de resistencia mejor caracterizado• Se activa local y sistémicamente, tras la infección de la planta por

patógenos que producen necrosis (virus, bacterias, hongos,)• La SAR confiere resistencia al patógeno que la ha activado, pero

también a otros patógenos.• Confiere resistencia frente a una segunda infección…• La activación de la SAR va acompañada de un incremento endógeno,

local y sistémico de ácido salicílico (SA)• Esta acumulación de SA activa una serie de proteínas reguladoras,

como y factores transcripcionales (TGAs) que controlan la expresión de genes de defensa que codifican proteínas PR (Patogenesis Related)

Elicitores provenientes del hongo

Todas las categorías taxonómicas de hongosPoseen sustancias elicitoras

Algunos hongos parásitos inducen producción insuficiente de fitoalexinas

-Presencia de elicitores poco activos-Producen sust. que bloquea efecto del elicitor

-Modifica el control de la biosíntesis de fitoalexinas-Posee capacidad de metabolizar las fitoalexinas

Elicitores provenientes del hongo

Polisacáridos

QuitinaQuitosanoβ-glucanos

Hay glucanasas y quitinasas de vacuolas en PC, por lo que los verdaderos elicitores podrían ser derivados de la degradación

Phytophthora megasperma----- alfalfa (Medicago sativa )

Raices de alfalfa conP. megasperma-

Elicitores provenientes del vegetal

En la infección el hongosecreta pectinasas

Oligosacáridos del ác.D- galacturonico

Oligosacáridos da la 1° señalde alarma (elicitor de la

planta )

Induce la síntesis deglucanasas y quitinasas(fragmentan PC del hongo)

EL SISTEMA DE DEFENSA EN VEGETALES SINTESIS Y DEGRADACION.

DEFENSA: SÍNTESIS DE FITOALEXINAS:

MICROORGANISMO PATÓGENO

Elicitor(señal)

m-RNA

ENZIMAS DE SÍNTESIS

CONTRA-ATAQUE: DEGRADACION DE

FITOALEXINAS

m-RNA

ENZIMAS DE DEGRADACION

Elicitor(señal)

Modo de acción de los elicitores

Elicitores no poseen especificidad de huesped

Botritis cinerea (elicitor glucano y glicoproteínas)En poroto: estimula PAL y enzimas de biosíntesis de isoflavonasEn uva: aumenta derivados del estilbeno

Las células reconocen la estructura de los elicitorescon alta especificidad

Se cree que hay receptores específicos en la membranaplasmática donde se unen elicitores

Mecanismos de defensa en las interacciones plantas -

patógenos

Producción de Fitoalexinas

Reacción Hipersensible

Formación de Barreras estructurales.

Producción de Fitoalexinas

Son metabolitos 2° de bajo peso molecular conpropiedades antimicrobianas que se producen yacumulan en la planta cuando es atacada por unmicroorganismos.La síntesis se puede disparar por la acción de factores como elicitores o inductores que son sustancias capaces de accionar la producción de fitoalexinas, regulando los genes esenciales del crecimiento y desarrollo de la planta.

Las plantas son capaces de defenderse por sí mismas de hongos y bacterias mediante las fitoalexinas.

Normalmente las fitoalexinas no se detectan en las plantas ya que no están almacenadas. Estas se empiezan a producir muy rápidamente (de 1 a 8 horas después de sufrir un "ataque"), cuando la planta es atacada por hongos o bacterias formándose alrededor de la infección.

Las fitoalexinas tienen varias características interesantes:

No se detectan antes de la infección.

Se sintetizan muy rápido, en pocas horas después del ataque microbiano.

Su formación está restringida a una zona local alrededor del sitio de infección.

Son tóxicas a un espectro amplio de hongos y bacterias patógenas en plantas.

Para responder efectivamente a la infección fúngica o bacteriana, las plantas deben reconocer la presencia de los patógenos e iniciar rápidamente la producción de fitoalexinas.

Se ha demostrado científicamente que los fragmentos de polisacáridos, glicoproteínas, péptidos y ácidos grasos, sirven como elicitores de fitoalexinas en varias especies de plantas.

Algunas veces, el mecanismo natural de la planta no puede controlar los ataques, porque los patógenos pueden detoxificar a las fitoalexinas, o por no producir suficientes fitoalexinas ya que han creado resistencia (cambios genéticos de la planta), debido a varios factores:

Stress en la planta.

Uso excesivo de agroquímicos sintéticos.

Cambios de temperatura y/o humedad.

Factores climatológicos (radiaciones).

Ocurre una alteración en el metabolismo de la planta que se manifiesta con la aparición de lesiones locales necróticas en el sitio mismo de infección.

Estas lesiones son el resultado de una muerte celular programada o reacción hipersensible (HR)

Reacción Hipersensible (HR):

La reacción hipersensible además está asociada a otros mecanismos de defensa, incluyendo la acumulación de fitoalexinas, deposición de lignina, suberina y proteínas ricas en hidroxiprolina.

A pesar de que HR es un mecanismo sumamente efectivo, aún no existe consenso que defina si la HR es directamente responsable de la resistencia, al privar de tejido vivo y nutrimentos al patógeno.

O si más bien su acción está basada en la acumulación de compuestos dañinos que simultáneamente matan al patógeno.

Sin embargo, cada vez existe más evidencia de que el proceso de HR ocurre como resultado de una necrosis o muerte celular programada.

El fenómeno de muerte celular programada está mediado por una explosión oxidativa que libera agentes altamente oxidantes llamados AOS "active oxygen species", tales como el superóxido (O2-) y el peróxido de hidrógeno (H2O2)

El (H2O2) tiene además una función como señal difundible implicada en la inducción de otros mecanismos de defensa.

Formación de Barreras Estructurales

Cambios en la estructura y función de la pared celular

LignificaciónLignina: polímero producido por unión enzimática de unidadesfenilpropanoidesPAL: importante papel reguladorConfiere impermeabilidad y resistencia mecánica

-

Formación de papilasSe producen por modificación de las células epidérmicas-Compuestas principalmente por calosa (β- 1,3-glucano)

-Evita penetración del hongo

Alelopatía

Interacción Planta-PlantaDEFINICIÓN

Molisch 1937- Introduce el términoDa alelon, de otro y pathos, sufrir.Que sufre el efecto injurioso de uno sobre el otro

“interacciones bioquímicas tanto benéficas como perjudiciales entre toda clase de plantas (incluyendo a uorg)mediadas por compuestos químicos liberados al medio ”

Muchas malezas afectan el crecimientode las plantas cultivadas

Parthenium hysterophorus (falsa altamisa)

Agente alelopático:partenina (lactona sesquiterpénica)

ES POSIBLE QUE LA ACTIVIDAD ALELOPÁTICA SE DEBA A VECES A UN COMPLEJO DE AGENTES ALELOPÁTICOS QUE ACTÚAN SINÉRGICAMENTE

Naturaleza química de losagentes alelopáticos

Los agentes alelopáticos pertenecen a muy diversos tipos de

compuestos químicos

Compuestos fenólicos simplesQuinonasLactonas no saturadasAlcaloidesTerpenoidesTaninosFlavonoidesCumarinasGlicósidos cianogénicos

Liberación al medio de los agentes alelopáticosPueden liberarse al medio como-Exudados de raíz: juglona

-Exudados de hojas y frutos

Compuestos alelopáticos se acumulan en la célula

-Descomposición de partes de la planta caídas al suelo (ác. Cafeico)

-Compuestos volátiles exudados por partes aéreas de la planta (etileno, cineol, β-pineno)

Mecanismos de acción de los comp. alelopáticos

-Perturban absorción de minerales-Perturban fotosíntesis y respiración

-Interfieren en procesos hormonales-Producen bloqueos enzimáticos

-Modifican permeabilidad de membrana-Modifican apertura estomática

GRACIAS POR LA ATENCIÓN

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