3-Reguladores de Crecimiento

Reguladores de crecimiento

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3.1. REGULADORES DE CRECIMIENTO

El estudio de los reguladores de crecimiento comenzó cuando Julius von Sachs sugirió que en las plantas se encontraban presentes sustancias específicas para la formación de órganos. Sin embargo la concentración de los mencionados compuestos era tan baja que recién en 1930 pudo ser identificado el ácido indolacético, considerado durante algún tiempo la única hormona vegetal. En la década del 50 la idea fue desechada ya que se descubren las giberelinas y confirma la existencia y acción de las citoquininas. La presencia del último grupo se sospechaba ya desde 1913, cuando Haberland descubrió la existencia de compuestos que estimulaban la división celular, pero no fue hasta 1954 con el descubrimiento de Carlos Miller, quien por hidrólisis parcial de DNA aisló un compuesto activo al que denominaron kinetina. Desde allí han sido numerosos los estudios que han permitido la identificación de distintas citoquininas naturales. Todos estos compuestos se

definían como hormonas vegetales, son sustancias

orgánicas sintetizadas en alguna parte de la planta, capaces de translocarse a otra, donde en concentraciones muy bajas causan una respuesta fisiológica. Actualmente estas se encuadran dentro de una denominación más amplia, la de “Reguladores de Crecimiento Vegetal”, en razón de que existen otras sustancias, entre las que pueden mencionarse a poliaminas, brasinólidos, ácido salicílico y jasmonatos, que no cumplen con la característica de ejercer efecto a distancia propia de las hormonas vegetales, pero que pueden regular y alterar tanto el crecimiento como el desarrollo vegetal provocando en numerosos casos respuestas fisiológicas similares a las de las hormonas vegetales. A medida que los reguladores de crecimiento fueron identificados comenzaron los estudios sobre sus efectos mucho antes de poder determinar sus concentraciones endógenas debido a limitaciones instrumentales actualmente superadas. Se encontró que los mismos desencadenan respuestas en muchas partes del vegetal, y que dichas respuesta varían con la especie, órgano que se estudie, estado de desarrollo, concentración e interacción hormonal y diversos factores ambientales. Por estos motivos resulta riesgoso generalizar acerca de los efectos de estos reguladores sobre los procesos de crecimiento. En la actualidad se considera que existe un sistema de respuesta que hace que los reguladores de crecimiento resulten activos y específicos. Este sistema, aplicable a un gran número de reguladores de crecimiento, consta de tres puntos :  El regulador debe encontrarse en la cantidad adecuada.  El regulador debe ser reconocido por los receptores de las células blanco. Reguladores de crecimiento


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 La presencia de mecanismos de amplificación de las señales del mensajero hormonal. El complejo hormona-receptor o receptor activado constituye el primer eslabón de la cadena de transducción de señales, esta respuesta primaria inicia una serie de cambios, que integran una respuesta compleja que inducen a la respuesta fisiológica. La manera de acción de este sistema puede ser visualizado claramente en el siguiente esquema mediante el que se representa el modelo de transducción inicial en la membrana plasmática.

Regulador

R PLC PIP2

Regulado rreguReg uladorRe gulador

R

AC ATP

AMPc Ca++

DAG IP3 PKC

Organela Ca++

Ca++ /Ca MPK Fosforilación proteica Respuesta celular

Como se mencionó anteriormente la concentración de los reguladores es fundamental para la acción de ellos mismos. Durante el desarrollo de un tejido la concentración endógena de las hormonas pueden sufrir variaciones, esto provoca cambios en el sistema de recepción afectando la sensibilidad del mismo. La sensibilidad de estos sistemas tendría su origen en diferentes factores :  número de receptores (receptividad). Reguladores de crecimiento


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 La afinidad por el receptor (afinidad)  La capacidad de respuesta, en los eventos posteriores a la recepción Los cambios que pudieran ocurrir sobre cualquiera de los factores descriptos, durante el desarrollo de un tejido ocasionarían modificaciones sobre la sensibilidad de estos sistemas (Davies, J.P. ; 1995). Hasta aquí se han descripto los efectos generales y el modo de acción de algunos reguladores de crecimiento, sin embargo es importante tener en cuenta cuales son los efectos particulares que estos provocan en los tejidos vegetales. 3.1.1. Auxinas Se denominan auxinas los compuestos caracterizados por su capacidad de inducir elongación en células de vástagos. La auxina natural de mayor distribución es el ácido 3indolacético (AIA), aun cuando el ácido 4-cloroindol-3-acético ha sido aislado de plantas superiores. En general este grupo de hormonas afecta otras características fisiológicas, además de la elongación, pero esta acción es considerada crítica.

Auxinas naturales CH2 COOH

N H

Acido indol-3-acético (AIA)

Cl

CH2

COOH

N H

Acido 4-cloroindol-3-acético (4-Cl-AIA)

Son numerosos los ejemplos de auxinas sintéticas utilizados en cultivo de tejidos vegetales, fundamentalmente porque su acción es más prolongada que la de sus análogos naturales y su costo inferior.



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Auxinas sintéticas CH2

CH2 CH2

COOH O CH2

N

Cl

Cl

O CH2

Cl

Cl

COOH

Cl

COOH

H

Acido indol-3-butírico (AIB)

Acido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D)

Acido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4,5-T)

CH2 COOH H3 C

S N

C

H3 C

O

CH2

COOH

N,N-dimetiltiocarbamoilacético

Acido -naftalenacético (ANA)

En el siguiente esquema puede observarse la similitud entre una auxina natural, el ácido indolacético (AIA) y su más potente análogo de síntesis el ácido 2,4diclorofenoxiacético (2,4-D).

O N

H



CH2 C

AIA

O O

 Cl

O CH2

C

2,4-D

O

Cl

Esta comprobado que diferentes tejidos responden en forma distinta a iguales concentraciones de una misma auxina habiéndose observado que la respuesta depende de la edad y de su estado fisiológico. Al igual que la mayor parte de las hormonas vegetales las auxinas inducen una gran diversidad de efectos fisiológicos y entre los de mayor significación cabe mencionar: 

Participación en los períodos S y G1 del ciclo celular, promoviendo la duplicación del ADN.



Aumento de la extensibilidad de la pared celular. Reguladores de crecimiento


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

Participación en la diferenciación celular.



Estimulación de foto y gravitropismos.



Estimulación del desarrollo del fruto luego de la fecundación.



Regulación de la abscisión.



Participación en el fenómeno de dominancia apical, etc. Las auxinas causan una rápida extensibilidad de pared en coleoptilos y tallos

jóvenes, si bien su acción no es directa sobre la pared sino intracelular o en membranas plasmáticas. La célula vegetal exporta factores que aumentan la extensibilidad de la pared celular (WLF) en respuesta al AIA. Se postula para el citado fenómeno un mecanismo denominado “hipótesis del crecimiento por acidez”. El mismo señala que la célula secreta H + a las paredes primarias por medio de una bomba ATPásica. El descenso del pH producido favorece la acción hidrolítica de enzimas que escinden uniones de polisacáridos haciendo más laxa la estructura; la citada modificación en la presión de la pared se opone a la presión de turgencia por lo que se modifica el “potencial de agua” produciéndose el ingreso de agua lo que permite un crecimiento hasta el 70% de su volumen original, aparejado con el ingreso de electrolitos, fundamentalmente potasio. Las auxinas serían también reguladoras del balance osmótico en razón de regir la concentración citoplasmática de electrolitos. Simultáneamente las auxinas estimulan la síntesis de enzimas que intervienen en la biosíntesis de polisacáridos de pared, lo que ocasiona un crecimiento irreversible. Este proceso ocurre por medio de la activación de proteínas regulatorias que migran del citosol al núcleo para unirse a sitios específicos en los genes estimulando la transcripción. Se han identificado proteínas que se unen a auxinas y no son necesariamente receptores (ABP); se localizan principalmente sobre retículo endoplásmico y en la parte exterior de la membrana plasmática. Mediante extensos screening se ha determinado que numerosos compuestos de síntesis presentan actividad auxínica; los más comunes son: ácido 1-naftalen acético (ANA), ácido fenilacético, ácido cis-cinámico, ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y ácido indolbutírico (IBA). Entre estos el más utilizado es 2,4-D fundamentalmente para promover el crecimiento de explantos en forma indiferenciada. Se han descubierto compuestos con actividad antiauxínica tanto naturales, aislados de plantas superiores y hongos, como sintéticos. Como es de suponer existe relación entre Reguladores de crecimiento


22

la estructura y la actividad antiauxínica, así por ejemplo 2,4-dicloroanisol, análogo de 2,4D, inhibe el crecimiento de coleoptilos de avena.

O

O

CH3

CH2 COOH Cl

Cl

Cl 2,4-Diclorofenoxiacético

Cl 2,4-Dicloroanisol

Existen también compuestos naturales y de síntesis que inhiben el transporte de auxinas como el llamado DPX 1840 cuyos efectos fisiológicos contrarrestan a los de auxinas y presentan sinergismo con etileno y ácido absícico (ABA). Se han establecido cuatro rutas diferentes para la síntesis de AIA a partir de Ltriptofano. La más frecuente en plantas superiores involucra, en primer lugar la desaminación del aminoácido por parte de triptofanoaminotransferasa para generar ácido indol-3-pirúvico, la posterior descarboxilación de éste genera indol-3-acetaldehido por medio de la indolpirúvicodescarboxilasa y la obtención de AIA por deshidrogenación y oxidación catalizada por la indolacetaldehidodeshidrogenasa NAD dependiente y la indolacetaldehido oxidasa respectivamente. (Takahashi, 1986).

COOH

H

COOH NH2 N H

O

O N H ácido indol-3-pirúvico

COOH

C

N

N H

H indol-3-acetaldehido

IAA

La auxina natural se metaboliza por dos rutas principales: el metabolismo oxidativo o peroxidativo y la conjugación con aminoácidos y azúcares. El primero de ellos genera, como principal producto en plantas superiores, al indol3-aldehído. Como metabolitos mayoritarios de la segunda ruta se producen ácido indol-3acetilaspártico y 1-(indol-3-acetyl)--D-glucosa (Takahashi, 1986). Reguladores de crecimiento


23 COOH

N H O

COOH

OOH

NH

COOH O

CHCOOH

N

N

CH2 COOH

N

H

H

O ácido indol-3-acetilaspártico O

N

OH O O HOH2 C

H O

OH OH

OH

O N

N

H

H

N

O

1-(indol-3-acetil)--D-glucosa

H indol-3-aldehido

N H O

COOH

CH2 OH

N H N

H

N H

El rol que se atribuye a los compuestos conjugados de auxinas es variado, se sugiere que ésta es la forma de transporte de AIA, de almacenamiento, de reutilización , de protección frente

a la degradación enzimática y de control homeostático de la

concentración de AIA en las plantas (Cohen, 1982). Existen estudios que indican la mayor eficiencia de las auxinas sintéticas como el ANA o el IBA respecto del IAA. Esto puede deberse en el caso de NAA, que al no poder ser degradado por la IAA-oxidasa y otras enzimas encargadas de la degradación del IAA, este permanezca más tiempo en el tejido originando en consecuencia mejores respuestas. Respecto de IBA se conoce que presenta gran actividad, aún cuando es metabolizado con rapidez para formar IBA-aspartato y otros conjugados, lo que sugirió que es una manera de almacenamiento del IBA y que permite una liberación gradual del mismo, lo que mantiene las concentraciones adecuadas para el desarrollo de los tejidos.



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3.1.2. Citoquininas Las citoquininas son un grupo de fitohormonas que regulan la división celular y la diferenciación en tejidos vegetales, participan en el control del desarrollo y la senescencia. Se definen como citoquininas a los compuestos naturales o de síntesis que en presencia de adecuadas concentraciones de auxinas inducen la división celular en cultivos de tejidos vegetales. Se observó que tanto extractos de tejidos vegetales vasculares, leche de coco, extracto de malta, como preparaciones de ADN envejecidas o autoclavadas en medio ácido eran potentes activadores de la división celular en cultivos de tejidos de tabaco.

NH

CH2 N N

O

Kinetina (K)

H

NH

CH2

O

N

N N

NH C

NH

N H

Bencilaminopurina o benciladenina (BAP)

N,N'-difenilurea

Como ya hemos mencionado en 1955, (Millen, 1956) aisló e identificó, a partir de ADN espermático, 6-furfurilaminopurina, compuesto al que denominaron kinetina debido a su capacidad específica de producir citocinésis a bajas concentraciones en células de tabaco. La kinetina (K) puede sintetizarse químicamente por diversas vías. La primera citoquinina natural fue aislada de Zea mays (maíz) por lo que se la denominó zeatina (Z) 6-(4-hidroxi-3-metil-2-trans-butenoamil)purina (Letham, D. 1963). Posteriormente se aislaron

9--D-ribofuranosilzeatina ([9R]Z) y su 5'-monofosfato

(Letham, D. 1973). Los métodos actuales de HPLC y GSMS han permitido aislar e identificar un gran número de citoquininas naturales. Todas presentan una base adenina N6 sustituida; que de



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acuerdo al tipo de sustituyentes se pueden clasificar en dos grupos: análogas a N6isoprenoides y análogas a N6-benciladeninas. Al primer grupo pertenecen la mayoría de las citoquininas vegetales y puede subdividirse a su vez en tres clases. La primera es la formada por zeatina (Z) y sus derivados, ribósidos, O-glucósidos, N-glicósidos, variaciones en cadena lateral o isómeros cis. La segunda clase contiene los metabolitos de reducción como dihidrozeatina (diH) Z y sus derivados y conjugados. Mientras que en la tercera clase se ubican N6- (2-isopentenil) adenina, iP y sus derivados. Al grupo de los análogos N6-benciladenina pertenecen la activa citoquinina sintética 6-bencilaminopurina (BAP) y unos pocos derivados naturales especialmente hidroxilados.

HOCH2

NH

HOCH2

N

N R2

NH

N

N

R2

R1

N

N R1

trans-zeatina

cis-zeatina R1

Zeatina (Z) Ribozeatina [9R]Z N-glucosilzeatina [9G]Z

N

N

H Ribosa Glucosa

R2 H H H

R1 cis-ribozeatina 2-metil-cis-ribozeatina

Ribosa Ribosa

R2 H -CH3

Al igual que la mayoría de las hormonas vegetales, las citoquininas inducen gran diversidad de efectos fisiológicos. Por ejemplo, intervienen en el período M del ciclo celular, favoreciendo la división, por lo que la mitosis sólo es posible si las auxinas han estimulado previamente la duplicación del ADN. Además, estimulan el crecimiento por aumento de plasticidad sin variar la elasticidad. A diferencia de las auxinas y giberelinas, tienen efecto sobre hojas cotiledonales y no utilizan un mecanismo de acidificación. Aumentan la síntesis de cierto tipo de proteínas específicas en detrimento de otras, haciendo variar el pattern normal. Es evidente la rápida formación de poliribosomas en respuesta a las citoquininas. Las citoquininas retrasan la senescencia puesto que evitan la degradación de proteínas existentes e inducen la síntesis de nuevas, particularmente algunas que estabilizan clorofilas. En presencia de luz intervienen en maduración y síntesis de cloroplastos debido a que favorecen la síntesis de proteínas tilacoidales que enlazan las clorofilas retrasando su degradación y también inducen la formación de proteínas fotosintéticas y estructurales de membranas tilacoidales. Reguladores de crecimiento


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Por otra parte inhiben la formación de radicales libres por lo que se evita la oxidación de ácidos grasos no saturados de membrana. Las citoquininas ocasionan una movilización diferencial de nutrientes hacia los tejidos donde se hallan más concentradas, esto se denomina efecto “fuente-sumidero” y es vital para el retraso de la senescencia. En plantas superiores las citoquininas se sintetizan principalmente en los sistemas radiculares. La producción de citoquininas libres se da por dos mecanismos: la síntesis de novo y la liberación de las contenidas en el ARN de transferencia (ARNt), también existe una combinación de ambos. La citoquinina mayoritaria en ARNt es 9RiP y se forma por la transferencia de un grupo isopentenilo desde 2-isopentenilpirofosfato (2-IPP) al N6 de una base adenina del ARNt mediante un sistema enzimático. De todas formas las pequeñas cantidades de citoquininas presentes en ARNt y el bajo índice de recambio del mismo son suficientes para afirmar que debe existir síntesis de novo. Se ha demostrado la conversión de AMP en citoquininas libres en sistemas libres de células provenientes de cultivo de tabaco; la enzima involucrada, 2-isopentenil-pirofosfato: 5'AMP-2-isopenteniltransferasa, ha sido purificada (Toya, 1978; Chem, 1979). El metabolismo de las citoquininas naturales ha sido estudiado en plantas intactas, en órganos aislados, y en cultivos de tejidos aplicando, en todos los casos, exógenamente los compuestos en estudio. Citoquininas derivadas tanto de Z como de iP son convertidas en una gran diversidad de metabolitos mediante una o más de las siguientes reacciones básicas: a) trans-hidroxilaciones de los grupos metilos terminales de las cadenas laterales de los derivados de iP; b) reducciones en cadena lateral en Z y sus derivados; c) clivaje de las cadenas laterales isoprenoides; d) O-glicosilaciones; e) N-glicosilaciones; f) sustituciones anulares por alanina; g) interconversiones de base entre ribonucleótidos y ribonucleósidos (Palni, 1983; Mc. Gaw, 1983; Terrine, 1980).

3.1.3. Giberelinas Dentro de la clasificación de giberelinas se encuentra una familia de compuestos diterpénicos conocidos como ent-giberelanos. Si bien el más popular es el ácido giberélico (GA3), actualmente se conocen alrededor de ochenta giberelinas de origen natural, presentes en vegetales y microorganismos. Reguladores de crecimiento


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OH

O

H

CO

CH2

HO H CH3

H

CO2H

ácido giberélico (GA3)

En la actualidad se conoce que las giberelinas se encuentran involucradas en el control de procesos claves en el desarrollo de las plantas, entre los que pueden citarse elongación de tallos, movilización endospérmica, floración y fructificación. La elongación de tallos, fue el primer efecto que se les asignó a las giberelinas. El proceso de elongación puede deberse a la estimulación de la división o a la elongación celular. Esto tiene su origen en el control que producen este tipo de compuestos en la expresión de un gran número de genes, incluidos los de la síntesis de proteínas intrínsecas del tonoplasto, y la formación de canales de agua que regulan el flujo hídrico dentro de la vacuola durante el proceso de expansión. El sistema mejor caracterizado en que las giberelinas son activas, es el control de la transcripción en la aleurona induciendo la síntesis de enzimas hidrolíticas especialmente amilasas. En el desarrollo floral actúan a nivel de expresión de genes involucrados en la biosíntesis de flavonoides tales como los que codifican para la síntesis de chalcona sintetasa (Huttly, 1995). En cultivos de callos las giberelinas inhiben la organogénesis, específicamente la formación de yemas, que dan origen a vástagos (Ezura, 1995). El sitio de biosíntesis de este tipo de compuestos no se encuentra claramente definido. No obstante el proceso comienza de ácido mevalónico siguiendo la ruta de los diterpenos como se esquematiza en el siguiente diagrama.


Reguladores de crecimiento 3 CoASH 3-acetil CoA

28 OH

CH2 COOH C CH3 HO CH2

CH3

C

CH2

CH2 OH

CH2 OP2 O 6

4 pirofosfato de isopentenilo

CH2 OH Kaurenol

CH2 CH2

-3

O P O

OH O

P

OH

O

Kaureno

pirofosfato de copalilo

CHO

COOH

Kaurenal ácido Kaurenoico

CHO COOH ácido giberélico

Otras giberelinas

Una vez sintetizados probablemente la forma de transporte sea a través de floema y xilema. 3.1.4. Ácido abscísico El ácido abscísico (ABA) reúne todas las condiciones para ser considerado una hormona, presenta efecto inhibidor sobre el crecimiento al ser aplicado a plantas intactas y antagoniza la acción de las hormonas promotoras del mismo; además ejerce una gran variedad de efectos sobre el metabolismo vegetal. El nombre de ácido abscísico deriva del antiguo rol que se le atribuía a esta hormona en la abscisión de las hojas. Es un compuesto de naturaleza terpénica que se origina en las raíces y hojas maduras, particularmente en respuesta al estrés hídrico. Partiendo de farnesilpirofosfato (FPP), podemos delinear sus dos rutas principales de biosíntesis. Una involucra la ciclación de un precursor C-15, mientras que en la otra se forma en primer lugar un carotenoide C-40 seguido de metabolismo oxidativo que conduce a la estructura C-15. El camino directo es utilizado principalmente por hongos.



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FPP

OH

COOH

HO

OH COOH

O

ABA

COOH

O

1´-Deoxi-ABA

En plantas el carotenoide 9´-cis-neoxantina es el principal precursor de ABA. Deriva de la violoxantina todo trans, luego se realiza el clivaje de la cadena poliénica para generar xantoxina, la cual es transformada en ABA vía ABA-aldehído. Esto ha sido confirmado utilizando extractos libres de células de hojas de Phaseolus vulgaris.



30 OH O

O HO

Violaxantina todo trans OH HO

.

O HO

Neoxantina todo trans

O O CHO

HO

Xantoxina

O

OH

CHO

ABA-aldehído

HO

O

OH

COOH

ABA

OH

OH HO

COOH

Las enzimas involucradas en estas últimas etapas son xantoxina oxidasa y aldehído abscísico oxidasa, que es la que está ausente en las mutantes no productoras de ABA y además es dependiente de NADP+. El ABA es transportado al resto de los órganos del vegetal desde las raíces vía xilema y desde las hojas vía floema, incluso existen evidencias de que sería transportado hacia las raíces vía floema y que retornaría hacia los vástagos por el xilema. Dentro de los numerosos efectos fisiológicos que el ABA presenta podemos citar su participación en el cierre estomático que preserva la reserva hídrica del vegetal. Este tipo de regulador también inhibe el crecimiento de los vástagos en respuesta al estrés por falta de agua, induce la síntesis de proteínas de almacenamiento en semillas. Posee un efecto Reguladores de crecimiento


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contrario al de las giberelinas en la síntesis e inducción de -amilasas en los procesos de germinación. Por otra parte las injurias mecánicas inducen el incremento de los niveles endógenos de ABA que a su vez activa la transcripción de genes que codifican para inhibidores de proteinasas por lo que esta involucrado en las defensa frente al ataque de insectos.

3.1.5. Etileno El etileno (C2H4) ha sido considerado por mucho tiempo como la hormona de la madurez y el envejecimiento, pero su rol en los tejidos vegetales es mucho más amplio y diverso. Este gas se sintetiza a partir de metionina en gran cantidad de tejido vegetales fundamentalmente en respuesta al estrés. Es el único hidrocarburo que presenta un efecto pronunciado sobre las plantas aunque no parecería ser esencial para el desarrollo vegetativo normal. Su síntesis se exacerba en tejidos senescentes o en proceso de maduración. Pero como es un gas se moviliza por difusión. El intermediario más importante en su proceso de biosíntesis es el ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC) el cual es transformado en etileno en presencia de oxígeno, por lo que puede ser transportado a grandes distancias del efecto causal. Ribosa

CH3 S

CH2 CH2

CH COO +NH 3

C4-aceptor

-

CH3 S

Ribosa

Ade

+ CH3 S

CH2 CH2

Ade(SAM)

Anaerobiosis Desacoplantes Co2+ Temperatura Luz

CH COO + NH 3

-

CH3 S Ade(SAM)

Maduración del fruto AIA Heridas Inundaciones

AVG AOA

+ 2 HC

2 HC

CH2 O2

2 HC

C

NH3 COO

-

Entre sus aciones podemos mencionar: Reguladores de crecimiento


32

*Inducción de senescencia en flores y hojas. *Promoción de formación de raíces adventicias en algunas especies. *Expresión de sexo en flores de especies monoicas (formación de flores femeninas). *Interrupción de latencia de las semillas de algunas especies (en este caso el etileno podría ser aportado por los hongos de la rizósfera). *Inducción de la floración. *Inducción de epinastia de hojas. *Inhibición del alargamiento de tallos y raíces en dicotiledoneas que se hacen mas gruesos por expansión radial. *Regulación de la abscisión . *Inducción de la maduración de los frutos. 3.1.6. Jasmonatos Tanto la regulación del crecimiento vegetal como la respuesta al estrés están estrechamente relacionadas con el metabolismo de los ácidos grasos polinsaturados. El ácido jasmónico y su metil éster han sido aislados de diferentes especies vegetales (Miersch, 1989; Miersch, 1987; Meyer, 1984; Kaise, 1974). Actualmente se considera a los jasmonatos como un nuevo grupo de reguladores que inhiben el crecimiento y promueven la senescencia (Vick, 1984). Por su estructura han sido comparados con las

prostaglandinas de mamíferos

(Zimmerman, 1984).

COOR

R = H Acido Jasmónico R = - CH3 Metiljasmonato

O

Numerosos autores, siguiendo muy distintas metodologías experimentales, han demostrado que los prostanoides están involucrados en los sistemas intracelulares de transducción de señales, fundamentalmente en procesos relacionados al estrés. (Dittrich, 1993; Farmer, 1990). Se observa que los niveles endógenos de ácido jasmónico son máximos antes de la transcripción de genes que codifican los compuestos relacionados con la defensa, éstos



33

ubican a este compuesto en un lugar preponderante y desempeñando un rol integral como señal de transducción en plantas.(Mirjalili, 1996). En mamíferos, los icosanoides se sintetizan a partir de la liberación de ácido araquidónico de las membranas plasmáticas al citoplasma; análogamente las células vegetales utilizan ácido linolénico como sustrato de la lipoxigenasa (LOX) (Vick, 1984). Esta reacción ha sido ampliamente estudiada debido a que la generación de hidroperóxidos altamente reactivos es una causa potencial de daño celular. En 1978 se demostró que el hidroperóxido del ácido linolénico se convierte, mediante la acción de una hidroperóxido ciclasa en un ácido graso cíclico de 18 átomos de carbono, el 12-oxofitodienoico (12 oxo-PDA) (Zimmerman, 1978). Este último es reducido y -oxidado hasta un ácido compuesto de 12 carbonos, el antes mencionado ácido jasmónico.



34 COOH

O2

Lipooxigenasa

OOH COOH

Acido 13-hidroperoxilinolénico [13-HPOtre] Hidroperóxidociclasa COOH

12-oxo-PDA

O

Reductasa COOH

O

-oxidación COOH

O

-oxidación COOH

O

-oxidación O-glucósidos

H R

COOH

S

Epimerización

O

H

Oxidac.

Hidroxilaciones

Jasmónico (1R,2S)

COOH

Reducción

Conjugación Conjugadas * Metil y glucosil ésteres * Con aminoácidos

O COOH

(-) Jasmónico (1R,2R) HO

El ácido jásmonico se sintetiza en plantas como 1R, 2S-JA, también llamado (+)-7iso-JA o 3R, 7S-JA. (Albrecht, 1993). Las enzimas de las rutas biosintéticas de los jasmonatos son constitutivas. Se propone que su regulación, como ocurre en los animales con la ruta del ácido araquidónico, está a nivel de la disponibilidad de precursores por lo que se le atribuye un rol fundamental a la lipasa que controla la liberación de ácido linolénico. (Albrecht, 1993; Farmer, 1992).



35

De acuerdo al modelo propuesto por Farmer y Ryan (Farmer, 1992) el ácido linolénico es liberado en respuesta a señales traumáticas y es convertido en jasmonatos. Estos actúan sobre un sistema de receptores que regulan la expresión génica, por ejemplo en la transcripción de genes que codifican para la síntesis de proteína inhibidora de proteinasas.

RI

Lipasa

R II

Acido Linolénico

LOX Dehidrasa -oxidación

JA - JAME Receptor de JA Activación de genes

Síntesis proteica inhibidores de la proteinasa

El modelo descripto indica que los genes activados por los jasmonatos regulan en plantas tanto las respuestas a condiciones ambientales como el propio desarrollo del vegetal y propone tanto a sistemina como a los oligourónidos producidos por el ataque de insectos o patógenos como las señales que actúan sobre receptores en célula blanco para iniciar la ruta de respuesta basada en los octadecanóicos. Los jasmonatos ejercen diversos efectos en plantas y aún existen discrepancias en cuanto a, si deben ser considerados como reguladores hormonales o como simples factores del estrés en el proceso de la senescencia foliar, un hecho perfectamente probado (Ueda,1990; Chou,1992). Al respecto se ha demostrado la reducción en los niveles de clorofila y en la actividad de la Rubisco (Parthier,1990). También inhiben la germinación del polen y la semilla (Yamane, 1981; Wilen, 1991). Además inducen la acumulación de proteínas de almacenamiento (Mason, 1990) y de ARNm que codifica proteínas abundantes en la embriogénesis (Reinbothe, 1992). Otros autores sostienen que la germinación de embriones de manzanas es estimulada por la adición de ácido jasmónico e inhibida por el ácido salicilhidroxámico que es un conocido inhibidor de la lipoxigenasa (Ranjan, 1994). Reguladores de crecimiento


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Estos icosanoides también provocan el aumento de proteínas tilacoidales y de proteínas solubles relacionadas con el estrés salino (Maslenkova, 1992), inducen la tuberización en papa, principalmente debido a que participan en la expansión celular (Takahashi, 1994) este último efecto se asocia con las analogías estructurales que presentan con el ácido tuberónico. Se ha demostrado que la fluidez de las membranas decrece en protoplastos aislados a partir de plantas desarrolladas bajo altas concentraciones de ácido jasmónico (1 a 10 M) (Vilhar, 1991). Esto podría justificarse teniendo en cuenta que el suministro de jasmonatos desencadena una respuesta que puede involucrar daño a las membranas celulares ya que incluye la liberación de elicitores a partir de éstas. A su vez, los ácidos grasos polinsaturados de membrana son precursores en la biosíntesis y podrían “ autocatalizar” la producción de jasmonatos endógenos (Vick, 1986). La citada liberación de los componentes insaturados de la bicapa lipídica disminuye notablemente la fluidez debido a que predominan, luego del proceso, fosfolípidos con ácidos grasos saturados los cuales son menos móviles (Leshem, 1987). Además los jasmonatos han sido identificados como metabolitos secundarios de diferentes géneros de hongos basidiomicetes como Collybia, Mycena, Phellinus, Strofaria, Trometes, etc. La función de los icosanoides en los micelios fúngicos se desconoce pero se les atribuyen posibles roles alelopáticos en la interacción planta-hongo. Es un ejemplo de esto la inducción de senescencia en rosas ornamentales por Botryodiploidia theobromae , la que sería estimulada por los jasmonatos de origen microbiano (Miersch, 1993). 3.1.7. Poliaminas Las poliaminas tales como espermina y espermidina han sido consideradas como reguladores de crecimiento a partir de 1982, puesto que no solo están ampliamente distribuidas en las diferentes especies vegetales sino que también ejercen diferentes efectos a concentraciones micromolares. Este tipo de compuestos ejercen control sobre el desarrollo lo cual es una característica fundamental de las hormonas que las distingue de

sustancias que presentan rol de nutrientes como aminoácidos o

vitaminas. Las poliaminas son esenciales en la división celular vegetal y en los procesos morfológicos normales. Las plantas cuyos niveles de poliaminas están genéticamente alterados presentan modificaciones en su desarrollo normal. Por ejemplo es imposible lograr la formación de embriones a partir de callos con bajos niveles de poliaminas o es posible lograr el desarrollo de anteras en lugar de ovarios en ejemplares hiperproductores de estas hormonas. Reguladores de crecimiento


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3.1.8. Brassinólidos Los brasinólidos son también denominados brasinoesteroides por su naturaleza química y por haber sido aislados, en principio, del polen de plantas del género Brassica. Este grupo de reguladores que comprende a más de sesenta compuestos esteriodales fue considerado como propio de ciertas especies pero actualmente se conoce su amplia distribución en el reino vegetal. Producen efectos sobre el crecimiento y desarrollo a muy bajas concentraciones como por ejemplo promoción dela elongación de los tallos, inhiben el crecimiento de la raíz y promueven tanto la síntesis de etileno como la epinastia (curvatura hacia abajo de determinados órganos que se produce por el mayor crecimiento del lado superior). 3.1.9. Ácido salicílico Desde hace mucho tiempo se conoce la presencia de salicilatos en la corteza de los sauces, pero recientemente se los ha descripto como compuestos potencialmente reguladores. El efecto más conocido es su comportamiento como sustancia calorigénica puesto que produce termogénesis en flores del género Arum. Pero el rol más general que se les atribuye es la participación en los sistemas relacionados con la defensa frente a ataques de organismos patógenos ya que ha sido demostrado que inducen la

producción de

proteínas relacionadas con la patogenia. Los salicilatos también prolongan la longevidad de las flores, inhiben la biosíntesis de etileno, la germinación de la semilla, bloquean los procesos de respuesta frente a injurias mecánicas y revierten los efectos del ácido abscísico.


3-Reguladores de Crecimiento

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