UNIVERSIDAD DE COSTA RICAUNIVERSIDAD DE COSTA RICAESCUELA DE AGRONOMÍAESCUELA DE AGRONOMÍA

REGULADORES DE CRECIMIENTO VEGETAL REGULADORES DE CRECIMIENTO VEGETAL (AF-5408)(AF-5408)

AZÚCARESAZÚCARES

Carlos Corrales Alfaro

A72062

IntroducciónIntroducción

Las plantas, limitadas por su ambiente, necesitan integrar una gran Las plantas, limitadas por su ambiente, necesitan integrar una gran variedad de estímulos con su actividad metabólica, crecimiento y variedad de estímulos con su actividad metabólica, crecimiento y desarrollo. Los azúcares generados por la fotosíntesis de la fijación de desarrollo. Los azúcares generados por la fotosíntesis de la fijación de carbono, son centrales en la coordinación de los flujos metabólicos en carbono, son centrales en la coordinación de los flujos metabólicos en respuesta a los cambios del ambiente y en el suministro de células y tejidos respuesta a los cambios del ambiente y en el suministro de células y tejidos con la energía necesaria para la continuación del crecimiento y con la energía necesaria para la continuación del crecimiento y supervivencia. (Ramon et al. 2008)supervivencia. (Ramon et al. 2008)

Glucosa

GeneralidadesGeneralidades

Compleja red de vías metabólicas y de señalización hormonal están Compleja red de vías metabólicas y de señalización hormonal están íntimamente ligados a las diversas respuestas del azúcar.íntimamente ligados a las diversas respuestas del azúcar.

Hexoquinasas (HXK), función metabólica en catalizar la conversión de Hexoquinasas (HXK), función metabólica en catalizar la conversión de glucosa en glucosa-6-fosfato (primera etapa de la glucolisis), papel en la glucosa en glucosa-6-fosfato (primera etapa de la glucolisis), papel en la detección y señalización de los niveles de glucosa, control de detección y señalización de los niveles de glucosa, control de retroalimentación de la expresión génica de la fotosíntesis. retroalimentación de la expresión génica de la fotosíntesis.

Los azúcares son la principal fuente de carbono y de energía como Los azúcares son la principal fuente de carbono y de energía como combustible y de la construcción de células, regulación del metabolismo, combustible y de la construcción de células, regulación del metabolismo, resistencia al estrés, crecimiento y desarrollo.resistencia al estrés, crecimiento y desarrollo.

GeneralidadesGeneralidades

Los azúcares están presentes en el rango milimolar.Los azúcares están presentes en el rango milimolar.

Péptidos pequeños, hidroxiprolina, betaina y otros aminoácidos derivados, Péptidos pequeños, hidroxiprolina, betaina y otros aminoácidos derivados, inducen respuestas de defensa de la planta, lo que aumenta la tolerancia de inducen respuestas de defensa de la planta, lo que aumenta la tolerancia de la planta a una variedad de estreses abióticos (UV, sequía, salinidad, la planta a una variedad de estreses abióticos (UV, sequía, salinidad, congelación y alta temperatura). congelación y alta temperatura).

Generación de señales de azúcarGeneración de señales de azúcar

Día Tejidos fotosintéticos (CO2 y H2O)

Carbohidratos y O2

Luz solar

Cloroplastos Citosol (hexosa-fosfatos o sacarosa) para uso local o almacenamiento en vacuolas

Triosa-fosfatos

(tejidos no fotosintéticos)

Sacarosa-diferentes hexosas por invertasas y sintasas de sacarosa o almacenados en las vacuolas y en amiloplastos como almidón (largos periodos de almacenamiento)

Almidón transitorio (durante el día)

Removilizados y exportados como maltosa y glucosa (nochesiguiente)

Variedad de azúcares son producidas porel metabolismo de la planta en diferentes

momentos y lugares

A fin de coordinar todos estos procesos y responder apropiadamente a los A fin de coordinar todos estos procesos y responder apropiadamente a los cambios del medio ambiente (que afectan el metabolismo energético) y la cambios del medio ambiente (que afectan el metabolismo energético) y la alteración del metabolismo y la demanda de energía durante el desarrollo, las alteración del metabolismo y la demanda de energía durante el desarrollo, las plantas han desarrollado una serie de mecanismos para detectar específicamente plantas han desarrollado una serie de mecanismos para detectar específicamente diversas ´´señales de azúcar´´.diversas ´´señales de azúcar´´.

Comunicación eficiente entre las actividades en diferentes órganos, tejidos y Comunicación eficiente entre las actividades en diferentes órganos, tejidos y compartimentos subcelulares, para un uso óptimo de la disponibilidad de compartimentos subcelulares, para un uso óptimo de la disponibilidad de recursos para el crecimiento y desarrollo.recursos para el crecimiento y desarrollo.

Estrés y hormonas-interacción de los cambios sutiles fuente-sumidero; expresión Estrés y hormonas-interacción de los cambios sutiles fuente-sumidero; expresión de la invertasa inducida por reacción microbiana y estimulación del crecimiento de la invertasa inducida por reacción microbiana y estimulación del crecimiento por citoquininas y brasinoesteroides; etileno reprime expresión invertasapor citoquininas y brasinoesteroides; etileno reprime expresión invertasa

Generación de señales de azúcarGeneración de señales de azúcar

BiosíntesisBiosíntesis

Ramón et al. 2008

Azúcares y conexiones con hormonasAzúcares y conexiones con hormonas

Los azúcares modulan muchos procesos vitales que también son Los azúcares modulan muchos procesos vitales que también son controlados por las hormonas durante el crecimiento y desarrollo de la controlados por las hormonas durante el crecimiento y desarrollo de la planta. Control extensivo de la glucosa de la biosíntesis del ABA y los planta. Control extensivo de la glucosa de la biosíntesis del ABA y los genes de señalamiento que provoca parcialmente el etilenogenes de señalamiento que provoca parcialmente el etileno

León y Sheen, 2003

Efectos fisiológicosEfectos fisiológicos

Durante el crecimiento y desarrollo de la planta, los azúcares Durante el crecimiento y desarrollo de la planta, los azúcares modulan procesos fisiológicos como:modulan procesos fisiológicos como:

Germinación de las semillasGerminación de las semillas Desarrollo de plántulasDesarrollo de plántulas Diferenciación de hojas y raícesDiferenciación de hojas y raíces Transición floral Transición floral Maduración del frutoMaduración del fruto La embriogénesisLa embriogénesis La senescenciaLa senescencia Respuestas a la luz, estrés y patógenos Respuestas a la luz, estrés y patógenos

Efectos in vitroEfectos in vitro Niger (Niger (Guizontia abyssinicaGuizontia abyssinica))

La naturaleza de autoincompatibilidad del Niger complica el desarrollo de la producción La naturaleza de autoincompatibilidad del Niger complica el desarrollo de la producción de líneas puras y el mantenimiento.de líneas puras y el mantenimiento.

Método alternativo: Inducción de haploides por cultivo de anteras y posterior inducción Método alternativo: Inducción de haploides por cultivo de anteras y posterior inducción de haploides dobles.de haploides dobles.

Medio B5 suplementado con 10 µM 2,4 ácido diclorofenociacético (2,4-D), 2 µM Medio B5 suplementado con 10 µM 2,4 ácido diclorofenociacético (2,4-D), 2 µM kinetina (KIN), con concentraciones 0,05-0,5 y diferentes azúcares (sacarosa, maltosa, kinetina (KIN), con concentraciones 0,05-0,5 y diferentes azúcares (sacarosa, maltosa, glucosa y fructosa)glucosa y fructosa)

Callos embriogénicos se subcultivaron en el medio B5 0,5 µM BA y 0,09 M de Callos embriogénicos se subcultivaron en el medio B5 0,5 µM BA y 0,09 M de sacarosa, diferenciación del embrión. Embriones cotiledonales cultivaron en un medio sacarosa, diferenciación del embrión. Embriones cotiledonales cultivaron en un medio B5 10 µM ABA y 0,09 M de sacarosa, para la maduración del embrión. Embriones B5 10 µM ABA y 0,09 M de sacarosa, para la maduración del embrión. Embriones maduros se cultivaron en un medio B5 0,09 M de sacarosa.maduros se cultivaron en un medio B5 0,09 M de sacarosa.

% embriogénesis de anteras, embriones y plantas por tratamiento% embriogénesis de anteras, embriones y plantas por tratamiento

Cuadro 1. Efecto de diferentes azúcares en la androgénesis de Niger (Cuadro 1. Efecto de diferentes azúcares en la androgénesis de Niger (Guizotia Guizotia abyssinicaabyssinica))

Hema y Murthty, 2007

Gerbera (Gerbera (Gerbera jamesoniiGerbera jamesonii H. Bolus) H. Bolus)

Investigación: Laboratorio de Cultivo de Tejidos Vegetales, Colegio Postgraduados Investigación: Laboratorio de Cultivo de Tejidos Vegetales, Colegio Postgraduados Montecillo, MéxicoMontecillo, México

Murashige y Skoog (MS), suplementado con sacarosa (30 g L-1) y NaH2PO4.H2O para Murashige y Skoog (MS), suplementado con sacarosa (30 g L-1) y NaH2PO4.H2O para evitar la formación de callo, y 80 mg L-1de Sulfato de Adenina; el pH se ajustó a 5, 7 ± evitar la formación de callo, y 80 mg L-1de Sulfato de Adenina; el pH se ajustó a 5, 7 ± 0,1 usando NaOH y HCl.0,1 usando NaOH y HCl.

Estudio, tres fases experimentales:Estudio, tres fases experimentales:

Fase de inducción de brotesFase de inducción de brotes

Se desectaron brotes sin hojas visibles (2 cm) y fueron establecidas en tubos de ensayo Se desectaron brotes sin hojas visibles (2 cm) y fueron establecidas en tubos de ensayo que contenían 10 mL del medio de cultivo, además BA o cinetina (2,2; 4,4 y 8,8 µM) o que contenían 10 mL del medio de cultivo, además BA o cinetina (2,2; 4,4 y 8,8 µM) o tidiazuron (TDZ) (0,45; 1,1; 2,2; 4,4 y 8,8 µM).tidiazuron (TDZ) (0,45; 1,1; 2,2; 4,4 y 8,8 µM).

Evaluación: quinta semana inicio de formación de brotes, número de hojas por explante Evaluación: quinta semana inicio de formación de brotes, número de hojas por explante y número de hojas por brote.y número de hojas por brote.

Fase de enraizamiento Fase de enraizamiento in vitroin vitro

Se utilizaron brotes de cinco variedades de Gerbera, 2 cm de longitud con tres hojas como mínimo. Se utilizaron brotes de cinco variedades de Gerbera, 2 cm de longitud con tres hojas como mínimo. El medio utilizado fue MS al 50 % adicionando 0,3 mg L-1 de AIA, dos concentraciones de El medio utilizado fue MS al 50 % adicionando 0,3 mg L-1 de AIA, dos concentraciones de sacarosa (2 y 4 %, p/v), 6,0 g L-1 de agar ajustando el pH a 5,7 ± 0,1 con NaOH y HCl. sacarosa (2 y 4 %, p/v), 6,0 g L-1 de agar ajustando el pH a 5,7 ± 0,1 con NaOH y HCl.

Evaluación: prueba no se incluyeron los provenientes de los tratamientos con 8,8 µM (presentaron Evaluación: prueba no se incluyeron los provenientes de los tratamientos con 8,8 µM (presentaron deformación en brotes y hojas. Las variables evaluadas fueron: inicio de formación de raíz (días), deformación en brotes y hojas. Las variables evaluadas fueron: inicio de formación de raíz (días), número de raíces y longitud de la raíz (cm).número de raíces y longitud de la raíz (cm).

Concluida la fase de enraizamiento, se procedió a trasplantar las plantitas en bandejas de 120 cavidades Concluida la fase de enraizamiento, se procedió a trasplantar las plantitas en bandejas de 120 cavidades de 2 cm2.de 2 cm2.

Fase de aclimatación de plantasFase de aclimatación de plantas

Se evaluaron dos sustratos: Sunshine Growing-Mix 3 marca Sun Gro (mezcla comercial) y una Se evaluaron dos sustratos: Sunshine Growing-Mix 3 marca Sun Gro (mezcla comercial) y una mezcla de laboratorio, así como el efecto de los cuatro mejores tratamientos de inducción de brotes mezcla de laboratorio, así como el efecto de los cuatro mejores tratamientos de inducción de brotes combinados con 20 y 40 g L-1 de sacarosa durante el enraizamiento de los brotes.combinados con 20 y 40 g L-1 de sacarosa durante el enraizamiento de los brotes.

5 semanas, evaluó número de plantas sobrevivientes y trasplantaron a bolsas de polietileno 5 semanas, evaluó número de plantas sobrevivientes y trasplantaron a bolsas de polietileno (sustratos antes referidos), colocaron en invernadero por un periodo de 2 meses. Se evaluaron cada (sustratos antes referidos), colocaron en invernadero por un periodo de 2 meses. Se evaluaron cada quince días variables como: número de hojas por planta, área foliar, peso fresco y peso seco.quince días variables como: número de hojas por planta, área foliar, peso fresco y peso seco.

Cuadro 2. Cuadro 2. Respuesta organogénica en la fase de inducción de brotes de Respuesta organogénica en la fase de inducción de brotes de Gerbera Gerbera jamesonii jamesonii con varios reguladores de crecimientocon varios reguladores de crecimiento

Olivera et al. 2000

Cuadro 3. Cuadro 3. Respuesta organogénica durante el enraizamiento Respuesta organogénica durante el enraizamiento in vitro in vitro promedio promedio de de Gerbera jamesonii Gerbera jamesonii con dos concentraciones de sacarosa.con dos concentraciones de sacarosa.

Cuadro 4. Cuadro 4. Efecto residual de los tratamientos en la sobrevivencia, crecimiento y Efecto residual de los tratamientos en la sobrevivencia, crecimiento y desarrollo de desarrollo de Gerbera jamesonii Gerbera jamesonii en invernadero.en invernadero.

Durante el preacondiciodamiento, con la alta concentración de sacarosa se Durante el preacondiciodamiento, con la alta concentración de sacarosa se incrementa la cantidad de carbohidratos almacenados en los brotes y aumenta la incrementa la cantidad de carbohidratos almacenados en los brotes y aumenta la energía disponible para plántulas formadas in vitro que actúan como órganos de energía disponible para plántulas formadas in vitro que actúan como órganos de reserva de carbohidratos que servirán para desarrollar hojas más eficientemente reserva de carbohidratos que servirán para desarrollar hojas más eficientemente fotosintéticas.fotosintéticas.

Efecto del azúcar como amortiguador del estrés ocasionado por factores Efecto del azúcar como amortiguador del estrés ocasionado por factores abióticosabióticos

Trasplante

ConclusionesConclusiones

Los azúcares complementan e interactúan con una variedad de hormonas y Los azúcares complementan e interactúan con una variedad de hormonas y factores de crecimiento en el señalamiento de mecanismos que modulan el factores de crecimiento en el señalamiento de mecanismos que modulan el metabolismo y el crecimiento en sentidos complejosmetabolismo y el crecimiento en sentidos complejos

Fuente de energía de las célulasFuente de energía de las células

Relación fuente-sumideroRelación fuente-sumidero

Protección de la plantaProtección de la planta