Moléculas relacionadas con las
respuestas antioxidantes, como
alternativas para disminuir el estrés en
los cultivos por cambio climático y el
impacto al ambiente.
Humberto Antonio. López-Delgado1* Martha Elena.
Mora-Herrera 1,2 y Ricardo Martínez-Gutiérrez1.
1Laboratorio
de Fisiología-Biotecnología. Programa Nacional de Papa, Instituto Nacional de
Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). Conjunto SEDAGRO. Metepec,
Estado de México. México C.P. 52140.
2Centro Universitario Tenancingo, Universidad Autónoma del Estado de México. Carr.
Tenancingo-Villa Guerrero, Km 1.5 Tenancingo, Estado de México. México C.P. 52400
1
Cultivos afectados por enfermedades
y condiciones ambientales adversas.
Cambio continuo de practicas de
manejo de cultivo.
Uso de variedades extranjeras
Uso excesivo de agroquímicos
Aumento en el costo de producción y
contaminación ambiental
El cambio climático ha influido para que todos los
factores meteorológicos se vean alterados, lo
cual lleva a favorecer la incidencia de
poblaciones de plagas y vectores transmisores
de enfermedades.
Todo ello incrementa el estrés en los cultivos
afectando el rendimiento agronómico y el manejo
de germoplasma en general.
Cambio integrado de las practicas de cultivo.
Utilización de compuestos inocuos al medio
ambiente, y el conocimiento y manipulación de
señales antioxidantes, para inducir tolerancia.
El estres incrementa las especies
reactivas de oxígeno (ERO), como el
1O , O -, H O y OH-.
2
2
2 2
A este fenómeno es lo que se conoce
como estrés oxidativo.
Estas
ERO
son
altamente
destructivas
a
todos
los
componentes
celulares,
como
membranas, proteínas (enzimas),
lípidos y ácidos nucleicos.
Estrés oxidativo en plantas
Patógenos
Frío, Humedad
Escasez
de agua
Deficiencia o
saturación
de N2, PO4,
Mg etc.
Estrés
Oxidativo
luz, uv, calor
Herbívoros
Contaminantes:
Herbicidas,
Fungicidas,
Insecticidas,
Ozono
Daño mecánico
Concentraciones
elevadas de sales
Estrés oxidativo
Aumentan
Los Radicales libres de oxigeno
RLO:
Oxígeno en singulete
(1O2)
Radical superóxido
(O2-)
Radical hidroxilo
(OH  -)
Peróxido de hidrógeno (H2O2)
Mecanismos Antioxidantes :
Enzimáticos
•Superóxido Dismutasa
•Catalasa
•Ascorbato Peroxidasa
•Glutatión Reductasa
•Monodehidroascorbato R
•Dehidroascorbato R
Disminuyen
No enzimáticos:
Ácido Ascórbico
Glutatión
Lipoperoxidación
Oxidación de Lípidos
(Dienos conjugados y
Malondialdehido)
También oxida
Ácidos nucleicos,
Proteínas,
Carbohidratos
De las ERO formadas durante el
estrés, el peróxido de hidrógeno
(H2O2)
tiene
una
función
importante como señal difusible
para la inducción de genes de
defensa (Levine et al., 1994; Low y
Merida 1996; Foyer et al., 1997,
Ding ., 2001; Neill et al., 2002)
Ácido salicílico
 Se ha encontrado que los salicilatos están
involucrados en la inducción de tolerancia a
factores de estrés bióticos y abióticos (LópezDelgado, et al., 1998).
El AS inhibe la actividad catalasa aumentando
el contenido de H2O2, esto induce la expresión
genética de defensa asociada con RSA, así como
RH (Chen, et al., 1993).
 Se ha sugerido que el AS, H2O2
y catalasa pueden funcionar
cooperativamente
como
un
mecanismo
cíclico
para
amplificar las señales de AS/
H2O2.
OBJETIVOS
Incrementar la tolerancia de genotipos de papa a
factores de estrés bioticos y abioticos.
La estrategia será el manipuleo de agentes
oxidantes y compuestos conocidos como señales,
involucrados en la inducción de genes de
resistencia en plantas.
ACIDO SALICILICO UNA
HORMONA VEGETAL

Contents: Preface. Contributors.- 1. Salicylic
acid: Biosynthesis, metabolism and
physiological role in plants.- 2. Effects of
salicylic acid on the bioproductivity of
plants.- 3. Effect of salicylic acid on solute
transport in plants.- 4. Role of hormonal
system in the manifestation of growth
promoting and antistress action of salicylic
acid.- 5. Role of salicylic acid in the induction
of abiotic stress tolerance.- 6. The role of
salicylates in Rhizobium-legume symbiosis
and abiotic stresses in higher plants.- 7.
Stress and antistress effects of salicylic acid
and acetyl salicylic acid on potato culture
technology.- 8. Salicylic acid and reactive
oxygen species in the activation of stress
defense genes.- 9. The interplay between
salicylic acid and reactive oxygen species
during cell death in plants.- 10. Salicylic acid
as a defense-related plant hormone: Roles of
oxidative and calcium signaling paths in
salicylic acid biology.- 11. Salicylic acid and
local resistance to pathogens.- 12. Salicylic
acid in plant disease resistance.- 13.
Transcriptomic analysis of salicylic acidresponsive genes in tobacco BY-2 cells.Index
Ácido
abscísico
ABA
Cierre de
estomas
(Pei et al.,
2000;
FinKelstein
et al., 2002)
H2O2
Inducción del
sistema
antioxidante
(Guan et al.,
2000)
CAT, POX, APX, SOD, GPX
y glutatión, AA y αtocoferol (Jiang y Zhang,
2001)
Regulación de la expresión génica,
en respuesta al ambiente
(FinKelstein et al., 2002)
Tolerancia a
diferentes tipos de
estrés
(Zhang et al.,
2000)
Elementos y
factores de
transcripción
(Guan et al., 2000)
Aclimatación
y/o tolerancia
cruzada
(Prasad et al.,
1994)
Frío
(Zhou et al.,
2005)
13
1. Efecto del ABA o H2O2 en la
tolerancia al frío
Microplantas cultivadas 28 días en
medio MS+ ABA μM
Incubación en
H2O 1h
inundación
(hipoxiaanoxia)
Plantas in
vitro de 28
días de
cultivo
Exposición al frío
durante 4 horas (-6
Trasplante a suelo
± 1°C)
24 horas
Evaluación de
la
supervivencia,
después de 15
días
Cada experimento se
realizó al menos 4 veces
con 12 plantas por
tratamiento. Análisis
estadísticos t Student.
Incubació
n en H2O2
1h
Esqueje
Cultivo en
medio MS por
28 días
14
100
Alpha
Atlantic
Supervivencia en los
tratamientos de H2O2
Supervivencia (%)
80
*
60
40
20
0
0
5
15
25
H2O2 [mM]
100
Alpha
Esquejes
preincubados en H2O2
Atlantic
80
Supervivencia (%)
Hipótesis: Si el ABA induce
tolerancia a estrés y el H2O2
es intermediario de esas
respuestas, entonces,
tratamientos exógenos de
H2O2, inducirán respuestas
similares a las inducidas por
ABA en la tolerancia al frío.
*
60
*
40
20
0
0
1
15
50
Plantas preincubadas en
H 2 O2
H2O2 [mM]
15
100
Alpha
90
*
Atlantic
80
Sobrevivencia (%)
70
60
*
50
40
30
20
10
0
0
10-6
AS [M ]
10-5
10-4
Respuesta de plantas de S. tuberosum variedades Alpha y Atlantic de 4 semanas de
incubación in vitro en presencia de AS, expuestas 4 horas a baja temperatura (-6 ± 1 °C).
Promedio de 7 repeticiones ± E.S (n = 12), (*) Significativamente diferentes (α = 0.05).
Atlantic testigo
b
a
200
*
1.4
a
c
150
Atlantic ABA
1.6
*
*
100
50
*
1.2
*
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
a
b
c
a
Etapas
b
c
Etapas
ABA
kDa
Testigo
Actividad catalasa
Atlantic testigo
b a
Contenido H2 O2
250
Atlantic ABA
kDa
669
440
232
505a
391b
228c
140
66
1
2 3 4 5
6
7
8
9
10
11 12 13
17
Alpha cv
A
Atlantic cv
CAT1
CAT2
Actin
0
10
0
10
ABA [µM]
B
350
Alpha Control
Alpha ABA
Atlantic control
Atlantic ABA
*
Relative mRNA content
300
250
*
*
*
200
150
100
50
0
CAT1
CAT2
ACTIN
Alpha
400
Atlantic
AA+DHA
350
*
134.14a
83.96 (62.59%)a
35.96 (37.41%)a
202.95b
95.75 (47.17%)a
107.02 (52.83%)b
180.61a
92.79 (51.37%)a
95.03 (48.73%)a
317.36b
125.2 (39.45%)a
191.3 (60.55%)b
250
Alpha ABA
*
200
Atlantic testigo
150
Atlantic ABA
100
50
0
Testigo
ABA
Testigo
AA
ABA
Efecto del ABA en el
contenido de ácido
ascórbico y la actividad
de la ascorbato oxidasa
AA+DHA
Testigo
ABA
20
*
16
Actividad AO
Contenido AA
Alpha testigo
DHA
(µmol mg-1 peso fresco)
Tratamientos
300
AA
*
12
8
4
0
Alpha
Atlantic
Variedad
19
90
80
% Infección
70
60
50
40
C o n tro l 6 4 1
30
Fo l 3 2 5
20
10
In m + F o l 3 6 5
0
1
M é to d o s
In m 3 3 4
2
3
4
5
6
P e ri o d o s d e Ev a l u a c i ó n
(se m a n a s)
Efecto de ASA en la infección de Tizón tardío en papa var. Alpha
expresado como área bajo la curva. Inm= Inmersión de tubérculos,
Fol= aspersión foliar.
90
% In fe cció n
80
70
60
50
40
C o n tr o l 6 4 1
30
Fol 420
20
10
In m + F o l 3 1 5
M é to d o s
0
1
In m 3 4 6
2
3
4
5
6
P e rio d o s d e Ev a lu a c ió n
(se m a n a s)
Efecto de H2O2 en la infección de Tizón tardío en papa var. Alpha
expresado como área bajo la curva. Inm= Inmersión de tubérculos,
Fol= aspersion foliar.
Efectos del fitoplasma en la fisiología
del tubérculo
Brotación hilo
No brotan
Brotación normal
Pardeamiento en
la parte interna
del tubérculo
Efectos del fitoplasma en la producción del
tubérculo
Planta sana
Planta con fitoplasma
reduce el
rendimiento (30
al 95%) (Cadena,
1993,1999)
Ác. Ascórbico
Es un importante antioxidante
Es el mayor
amortiguador
redox en las
plantas
Muchos genes de
defensa son activados:
particularmente los que
codifican para proteínas
PR
Es una molécula que
participa en la traducción
de señales en plantas
Es cofactor de
muchas enzimas
Se encuentra en altas
concentraciones en todos los
compartimentos celulares
incluyendo el apoplasto
Regula la división
celular y el crecimiento
Análisis de PCR
Presencia del fitoplasma en plantas de banco in vitro de S.
tuberosum variedad Alpha, las muestras positivas fueron
M1,M2,M4,M6,M7,M8,M9,M16 Y M18, las cuales se analizaron por
la técnica de PCR utilizando los primers P1/P7 (1er. Ciclo) y
16RmF2/16RmR1 (2°ciclo) (Almeyda et al, 2001),
TN M1 M2
M3
M4 TP
TN M5
M6
M7 M8 M9 M10 TP
M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 TP
Figura 1. Resultados de las pruebas para detección de fitoplasma
por PCR, en donde TN (testigo negativo), M1-M18 (número de
muestra) y TP (testigo positivo teresita Catharanthus roseus)
Metodología en campo
30 días de
edad
Cosecharon 90 días
Transplantadas a invernadero y
asperjadas con H2O2 y AA
50 % sin malla
Supervivencia
Producción tubérculo
Pardeamiento
Calidad del tubérculo
50 % con malla
Se inducieron a la
brotación con AG 5ppm
A) Número y B) peso del
minitubérculo
Numero de minitubérculos
A
10
Aumentó el numero de
tubérculos en el T+
8
6
4
2
0
T-
T+
1mM
Peso de minitubérculos (g)
B
5mM
10mM
600 ppm
H2O2
70
a
60
b
AA
ab
b
800ppm 1000ppm
b
50
b
b
b
40
30
20
10
0
T-
T+
1mM
H2O2
5mM
10mM
600 ppm 800ppm 1000ppm
AA
La concentración 1mM de
el H2O2 aumentó
significativamente el peso
en el minitubérculo
Contenido de almidón A) espectrofotometría
B) gravedad especifica en minitubérculos
A
400
a
Almidón mg/g-1TF
350
300
ba
b
250
c
bc
c
bc
bc
200
150
100
50
0
T-
T+
1mM
5mM
10mM
600 ppm
H2O2
B
800ppm 1000ppm
AA
18
17.5
% Almidón
17
16.5
16
15.5
15
14.5
T-
T+
1mM
5mM
H2O2
10mM
600ppm
800ppm
AA
1000ppm
Mayor contenido de
almidón en la
concentración 1mM de
H2O2 y una baja
concentración en el T+
H2O2 aumentó significativamente el
peso en el minitubérculo y el
contenido de almidón
AA Los minitubérculos presentaron un
100% de brote normal

Pardeamiento interno de
los tubérculos
Con malla
Sin malla
AA
H2O2
Pardeamiento cualitativo
análisis de imágenes (Image Tool)
Tratamiento
Con malla
Sin malla
% área en pixeles
% área en pixeles
T-
1.91±0.26
c
9.24±2.41
ab
T+
5.79±0.41
ab
5.53±1.61
bc
1mM H2O2
4.79±0.37
abc
13.59±0.88
a
5mM H2O2
2.53±0.20
bc
4.89±0.6
bc
10mM H2O2
1.88±0.36
c
7.04±0.59
bc
600 ppm AA
4.05±0.44
abc
1.79±0.14
c
800 ppm AA
6.33±1.86
a
4.95±0.7
bc
1000 ppm AA
3.68±0.77
abc
6.79±0.87
bc
Artículo; Exogenous H2O2 in phytoplasma-infected potato plants promotes
antioxidant activity and tuber production under drought conditions (MartínezGutiérrez et al., 2011)
Efecto del H2O2 en el peso de minitubérculos (a) y contenido de almidón (b). Datos fueron tomados a los 90 DDS
en plantas +/- a fitoplasma y asperjadas con 1 mM de H2O2. El estrés hídrico fue aplicado a los 75 DDS. Datos son
promedios ± ES de 3 experimentos. Barras con diferente letra denota significancia por ANOVA y prueba de Tukey’s
Efecto del H2O2 en la actividad de CAT (a) y contenido de H2O2 (b). Datos fueron tomados a los 90 DDS en
plantas +/- a fitoplasma y asperjadas con 1 mM de H2O2. El estrés hídrico fue aplicado a los 75 DDS. Datos
son promedios ± ES de 3 experimentos. Barras con diferente letra denota significancia por ANOVA y prueba
de Tukey’s
Efectos de especies de oxígeno
activo, H2O2 y otras señales como
glutation, AA y ac. salicilico, son
potencialmente explotables en
forma planeada, para inducir
respuestas deseables, y
convertirse en herramientas útiles
en la tecnología del cultivo in vitro
y la agricultura.
GRACIAS
Dr. Humberto Antonio Lopez
Delgado
[email protected]
[email protected]
Programa Nacional de Papa,
INIFAP
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