ETILENOETILENO

ETILENOETILENO(C(C22HH44))

EL ETILENO ES UN EL ETILENO ES UN HIDROCARBURO GASEOSO, HIDROCARBURO GASEOSO, DIFERENTE DE OTROS DIFERENTE DE OTROS COMPUESTOS CONSIDERADOS COMPUESTOS CONSIDERADOS COMO HORMONAS VEGETALESCOMO HORMONAS VEGETALES

  

PRODUCCIÓN Y ACCIÓN DEL PRODUCCIÓN Y ACCIÓN DEL ETILENOETILENO

CHCH22 ═ CH ═ CH22

El efecto del etileno sobre las plantas y El efecto del etileno sobre las plantas y órganos vegetales varía ampliamente. órganos vegetales varía ampliamente. Se ve involucrado en respuestas como:Se ve involucrado en respuestas como:

MADURACIÓNMADURACIÓN ABSCISIÓNABSCISIÓN SENESCENCIASENESCENCIA LATENCIALATENCIA FLORACIÓN, ETCFLORACIÓN, ETC

UBICACIÓN DEL UBICACIÓN DEL ETILENOETILENO El etileno parece ser El etileno parece ser

producido esencialmente por producido esencialmente por todas las partes vivas de las todas las partes vivas de las plantas. Sin embargo, se plantas. Sin embargo, se desconoce el sitio exacto de desconoce el sitio exacto de su producción. su producción.

LOCALIZACIÓN DEL SITIO DE LOCALIZACIÓN DEL SITIO DE PRODUCCIÓN DEL ETILENOPRODUCCIÓN DEL ETILENO Varias líneas de investigación Varias líneas de investigación

apuntan hacia la enzima asociada apuntan hacia la enzima asociada con el tonoplasto, ya que las con el tonoplasto, ya que las vacuolas aisladas de protoplastos vacuolas aisladas de protoplastos han sido capaces de convertir el acc han sido capaces de convertir el acc a etileno y se observó que la enzima a etileno y se observó que la enzima exhibía estereoespecificidad exhibía estereoespecificidad indicativa de la enzima formadora indicativa de la enzima formadora de etileno más que una conversión de etileno más que una conversión no específica. no específica.

De igual manera, los protoplastos De igual manera, los protoplastos que carecían de vacuola que carecían de vacuola (experimentalmente (experimentalmente desvacuolados) perdieron su desvacuolados) perdieron su capacidad de producir etileno a capacidad de producir etileno a partir del acc; cuando se partir del acc; cuando se reinstalaron sus vacuolas se reinició reinstalaron sus vacuolas se reinició la síntesis de etileno. la síntesis de etileno.

   La velocidad de su producción La velocidad de su producción

varía con el órgano y tejido varía con el órgano y tejido específicos así como su estado de específicos así como su estado de crecimiento y desarrollo.crecimiento y desarrollo.

BREVE HISTORIABREVE HISTORIA

El etileno se ha empleado desde la antigüedad para acelerar la maduración de las frutas:

China antigua.- Exposición de frutas al humo del incienso en cuartos cerrados.

Sur de Italia antigua.- Sur de Italia antigua.- Emanación de etileno de Emanación de etileno de membrillos utilizada para membrillos utilizada para madurar manzanas.madurar manzanas.

India.- Creación de una India.- Creación de una atmósfera de etileno a partir atmósfera de etileno a partir de rastrojo quemado.de rastrojo quemado.

A principios del siglo pasado A principios del siglo pasado (1920’s) se consideraba el (1920’s) se consideraba el etileno como el responsable de etileno como el responsable de ocasionar respuestas como el ocasionar respuestas como el geotropismo y la abscisión. geotropismo y la abscisión. Hasta los 1960’s se empezó a Hasta los 1960’s se empezó a considerar el etileno como considerar el etileno como hormona vegetalhormona vegetal

REGULACIÓN DE LA REGULACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DEPRODUCCIÓN DE

ETILENOETILENO

FACTORESINTERNOSGERMINACIÓNABSCISIÓNMADURACIÓN DE FRUTAS

REGULACIÓN DE LA REGULACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DEPRODUCCIÓN DE

ETILENOETILENO

FACTORESEXTERNOS:HERIDASENFERMEDADESCIERTOS PRODUCTOS QUÍMICOS (CARBURO DE Ca), REGULADORES DEL CRECIMIENTO, ETC.

VELOCIDAD DE SÍNTESIS DE ETILENO

La velocidad de síntesis de etileno varía desde muy baja (0.04 – 0.05µl/kg/hr) EN MORAS A EXTREMADAMENTE ALTAS (3,400µl/kg/hr) EN BROTES DE ORQUÍDEAS VANDA.

VELOCIDAD DE SÍNTESIS DE ETILENO

Se han encontrado alteraciones en la velocidad de síntesis de etileno en algunos casos relacionadas estrechamente con el desarrollo de ciertas respuestas fisiológicas en plantas y órganos vegetales, por ejemplo, la maduración de frutos climatéricos y la senescencia de flores.

SÍNTESIS DEL ETILENO

El etileno se sintetiza a partir del aminoácido metionina que tiene azúfre →s-adenosil metionina (sam) → ácido1-amino- ciclopropano- 1- carboxílico (acc).

Durante la conversión a acc la porción de la molécula 5-metiltioadenosina se recicla a metionina, vía la formación de ribosa y la condensación de homoserina.

SÍNTESIS DEL ETILENO

El paso final en la ruta sintética: acc → etileno no ha sido aún bien entendido. La reacción requiere de la presencia de O2 y parece representar el punto en donde la ruta de síntesis del etileno es inhibida por condiciones de niveles bajos de O2.

INHIBIDORES DEL ETILENO

Rhizobitoxina y AVG, componentes integrales fundamentales para elucidar la ruta de síntesis de etileno.

INHIBIDORES DEL ETILENO

Rhizobium japonicum, Streptomyces spp., y Pseudomonas aeruginosa PRODUCEN Metabolitos que inhiben la conversión de sam a acc. Desafortunadamente también inhiben otras enzimas que requieren fosfato-piridoxal en plantas y animales, por lo que no pueden ser utilizados en los productos en postcosecha que normalmente se consumen.

PRODUCCIÓN AUTOCATALÍTICA DE

ETILENO

Se ha evidenciado que el tratamiento de frutas climatéricas con etileno estimula tanto la actividad respiratoria como la producción autocatalítica de este gas, mientras que el mismo tratamiento aplicado a frutas no climatéricas estimula solamente la respiración. Por lo tanto, con base en estas respuestas se ha propuesto que existen dos sistemas para la regulación de la biosíntesis del etileno:

PRODUCCIÓN AUTOCATALÍTICA DE

ETILENO

SISTEMA I: Responsable del bajo contenido de etileno presente en todos los tejidos de frutas (iniciado o controlado por un factor desconocido).

SISTEMA II: Ocasiona el “disparo” autocatalítico de la producción de etileno en las grandes cantidades detectadas en las frutas climatéricas y que son necesarias para la maduración (el sistema I es el responsable de inducir el sistema II).

PRODUCCIÓN AUTOCATALÍTICA DE

ETILENO

Las frutas no climatéricas no exhiben un sistema II activo y el tratamiento con etileno de las frutas climatéricas evita el sistema I. Se piensa que la estimulación de la biosíntesis de etileno puede inducir la formación de nuevas enzimas a través de las cuales estimula su propia producción.

SÍNTESIS DE ETILENO Y RESPUESTA AL ETILENO

EXÓGENO

VELOCIDAD DE LA SÍNTESIS DEL ETILENO

Se sabe que la velocidad de síntesis del etileno es alterada por un amplio rango de factores ambientales en donde el O2 y la temperatura son dos de los más importantes de tal forma que cuando cualquiera de los dos es suficientemente bajo la síntesis de etileno se ve reducida. Las condiciones de stress (agua, daños mecánicos, y otros) estimulan la síntesis de etileno, a veces, marcadamente.

MECANISMO CONTROLADOR DE LA

PRODUCCIÓN DE ETILENOEl etileno se produce continuamente en las células vegetales así que es esencial evitar la sobreproducción de la hormona dentro de los tejidos. A diferencia de otras hormonas, el etileno es gaseoso, por lo que se difunde rápidamente fuera de la planta.

Esta emanación pasiva de etileno de la planta parece ser un importante medio para la eliminación de la hormona.

MECANISMO CONTROLADOR DE LA

PRODUCCIÓN DE ETILENO

Durante el período postcosecha existen técnicas como la ventilación y las condiciones hipobáricas que ayudan a facilitar este fenómeno manteniendo un gradiente de difusión alto entre el interior del producto y el medio ambiente circundante.

MECANISMO CONTROLADOR DE LA

PRODUCCIÓN DE ETILENO

Un sistema pasivo de eliminación de esta naturaleza implicaría que la concentración interna de etileno sea controlada ampliamente por la velocidad de síntesis más que por la velocidad de eliminación de la hormona.

MECANISMO CONTROLADOR DE LA

PRODUCCIÓN DE ETILENO

También se puede metabolizar el etileno dentro de la célula, disminuyendo la concentración interna.

Para este propósito se han encontrado productos como el óxido de etileno y el etilen- glicol; sin embargo, su importancia por regular la concentración interna de etileno en la mayoría de las especies parece ser mínima.

ÁCIDO ABSCÍSICOÁCIDO ABSCÍSICO(ABA)(ABA)

ÁCIDO ABSCÍSICOÁCIDO ABSCÍSICO

El origen de su nombre viene de los El origen de su nombre viene de los estudios hechos sobre la abscisión o estudios hechos sobre la abscisión o caída de los frutos de algodón caída de los frutos de algodón (Addicott y sus colaboradores, 1963).(Addicott y sus colaboradores, 1963).

Al principio descubrieron un Al principio descubrieron un compuesto activo al que llamaron compuesto activo al que llamaron abscisina I y posteriormente abscisina I y posteriormente descubrieron otro mucho más activo descubrieron otro mucho más activo al que llamaron abscisina II.al que llamaron abscisina II.

COINCIDENCIA EN COINCIDENCIA EN ESTUDIOSESTUDIOS

En 1963 Philip Wareing en Gales En 1963 Philip Wareing en Gales descubrió unos compuestos que descubrió unos compuestos que causaban la latencia de plantas causaban la latencia de plantas leñosas como leñosas como Acer Acer pseudoplatanus pseudoplatanus . Al compuesto más . Al compuesto más activo lo llamaron Dormina.activo lo llamaron Dormina.

COINCIDENCIA EN COINCIDENCIA EN ESTUDIOSESTUDIOS

Van Steverninck en Nueva Zelanda y Van Steverninck en Nueva Zelanda y después en Inglaterra estudiaba un después en Inglaterra estudiaba un compuesto o grupo de compuestos compuesto o grupo de compuestos que aceleraban la abscisión de las que aceleraban la abscisión de las flores y frutos de lupino amarillo flores y frutos de lupino amarillo ((Lupinus luteusLupinus luteus).).

En 1964 se confirmó que todos estos En 1964 se confirmó que todos estos compuestos eran idénticos a la compuestos eran idénticos a la abscisina II y en 1967 la llamaron abscisina II y en 1967 la llamaron ácido abscísicoácido abscísico

PRESENCIA DELPRESENCIA DEL ÁCIDO ABSÍSICO ÁCIDO ABSÍSICO

El ABA parece ser universal El ABA parece ser universal entre las plantas vasculares.entre las plantas vasculares.

También está presente en También está presente en algunos musgos, algunas algas algunos musgos, algunas algas verdes y algunos hongos. No se verdes y algunos hongos. No se ha observado en bacterias.ha observado en bacterias.

CARACTERIZACIÓNCARACTERIZACIÓNDEL ABADEL ABA

Es un sesquiterpenoide de 15 Es un sesquiterpenoide de 15 carbonos, sintetizado parcialmente carbonos, sintetizado parcialmente en los cloroplastos y otros plástidos en los cloroplastos y otros plástidos por la ruta del ácido mevalónico. Por por la ruta del ácido mevalónico. Por tanto, las primeras reacciones en la tanto, las primeras reacciones en la síntesis del ABA son idénticas a las síntesis del ABA son idénticas a las de los isoprenoides como las GA’s , de los isoprenoides como las GA’s , esteroles y carotenoides.esteroles y carotenoides.

FÓRMULA FÓRMULA ESTRUCTURAL DEL ESTRUCTURAL DEL

ABA ABA (Salisbury & Ross, 2000)(Salisbury & Ross, 2000)

SÍNTESIS DEL ABASÍNTESIS DEL ABAC15H20O4C15H20O4

Se realiza indirectamente por la Se realiza indirectamente por la degradación de ciertos degradación de ciertos carotenoides de 40 carbonos carotenoides de 40 carbonos presentes en los plástidos como presentes en los plástidos como los epoxicarotenoides neoxantina los epoxicarotenoides neoxantina y violaxantina. y violaxantina.

PRECURSORESPRECURSORES

Las xantofilas zeaxantina, Las xantofilas zeaxantina, anteraxantina, neoxantina y anteraxantina, neoxantina y violaxantina son precursores de violaxantina son precursores de la xantoxina, ésta se oxida a ABA la xantoxina, ésta se oxida a ABA vía aldehído abscísico.vía aldehído abscísico.

Al desdoblarse las xantofilas se Al desdoblarse las xantofilas se forman la xantoxina cis y trans forman la xantoxina cis y trans pero sólo la cis se convierte en pero sólo la cis se convierte en ABA.ABA.

RUTA ALTERNATIVA RUTA ALTERNATIVA MENORMENOR

El alcohol del ABA y el alcohol El alcohol del ABA y el alcohol de t-ABA se convierten en ABA de t-ABA se convierten en ABA y t-ABA por acción de una y t-ABA por acción de una monooxigenasa dependiente monooxigenasa dependiente del sistema del citocromo P-del sistema del citocromo P-450.450.

RUTA DE BIOSÍNTESIS DEL ABA RUTA DE BIOSÍNTESIS DEL ABA (Azcón-Bieto y Talón, 2008)(Azcón-Bieto y Talón, 2008)

REGULACIÓN DE LA REGULACIÓN DE LA BIOSÍNTEIS DEL ABABIOSÍNTEIS DEL ABA

Al parecer las etapas limitantes de la Al parecer las etapas limitantes de la biosíntesis del ABA son:biosíntesis del ABA son:•El desdoblamiento de la xantofila El desdoblamiento de la xantofila para producir xantoxina.para producir xantoxina.•El cambio de isómero de la El cambio de isómero de la configuración trans a la 9’-cis.configuración trans a la 9’-cis.•Una enzima clave puede ser la 9-cis-Una enzima clave puede ser la 9-cis-epoxicarotenoide.epoxicarotenoide.

CATABOLISMO DEL ABACATABOLISMO DEL ABA

Tiene lugar fundamentalmente a Tiene lugar fundamentalmente a través de la oxidación y la través de la oxidación y la conjugación del ABA.conjugación del ABA.

Puede metabolizarse por la enzima Puede metabolizarse por la enzima ABA 8’-hidroxilasa, inducida por el ABA 8’-hidroxilasa, inducida por el ABA.ABA.

El ABA se hidroxila mediante una El ABA se hidroxila mediante una enzima monooxigenasa dependiente enzima monooxigenasa dependiente del sistema citocromo P450 y origina del sistema citocromo P450 y origina un intermediario inestable que se un intermediario inestable que se convierte en ácido faséico (PA).convierte en ácido faséico (PA).

CATABOLISMO DEL ABACATABOLISMO DEL ABA

El PA puede reducirse en ácido El PA puede reducirse en ácido dihidrofaseico (DPA).dihidrofaseico (DPA).

El éster glucosídico de ABA (ABA-GE) El éster glucosídico de ABA (ABA-GE) es uno de los metabolitos conjugados es uno de los metabolitos conjugados más abundantes.más abundantes.

Estos metabolitos se almacenan en la Estos metabolitos se almacenan en la vacuola.vacuola.

CATABOLISMO DEL ABACATABOLISMO DEL ABA

RECUPERACIÓN DEL RECUPERACIÓN DEL ESTRÉS HÍDRICOESTRÉS HÍDRICO

Después de la rehidratación y Después de la rehidratación y recuperación de la planta recuperación de la planta aumenta el ácido faséico y los aumenta el ácido faséico y los niveles de ABA disminuyen.niveles de ABA disminuyen.

TRANSPORTE DEL TRANSPORTE DEL ABAABA

El ABA se transporta tanto por el El ABA se transporta tanto por el xilema como por el floema y xilema como por el floema y también por las células del también por las células del parénquima fuera de los haces parénquima fuera de los haces vasculares y el apoplasto. Su vasculares y el apoplasto. Su movimiento es similar al de las movimiento es similar al de las giberelinas.giberelinas.

El ABA es un ácido débil (pKa = El ABA es un ácido débil (pKa = 4.75). Las biomembranas son 4.75). Las biomembranas son permeables a la forma protonada.permeables a la forma protonada.

FUNCIONES FISIOLÓGICAS FUNCIONES FISIOLÓGICAS DEL ABADEL ABA

Inducción del cierre de estomas Inducción del cierre de estomas debido al estrés hídrico. Inhibe una debido al estrés hídrico. Inhibe una H+-ATPasa de la membrana H+-ATPasa de la membrana plasmática de las células guarda, la plasmática de las células guarda, la cual transfiere protones fuera de cual transfiere protones fuera de éstas y favorece la entrada y éstas y favorece la entrada y acumulación rápida de K+ para la acumulación rápida de K+ para la apertura de los estomas. apertura de los estomas.

EL ABA COMO MECANISMO EL ABA COMO MECANISMO DE DEFENSA ANTE EL DE DEFENSA ANTE EL

ESTRÉSESTRÉS

• Tolerancia a la congelaciónTolerancia a la congelación• Estrés salino (el ABA se Estrés salino (el ABA se

incrementa especialmente en las incrementa especialmente en las raíces y manda la señal a los raíces y manda la señal a los estomas para que se cierren)estomas para que se cierren)

• Interacción Planta-Patógeno. Interacción Planta-Patógeno. Interfiere con la señalización de Interfiere con la señalización de estrés biótico en interacción con el estrés biótico en interacción con el etileno y otras hormonas y la etileno y otras hormonas y la generación de callos.generación de callos.

EFECTOS DEL ABA SOBRE EL EFECTOS DEL ABA SOBRE EL DESARROLLO EMBRIONARIO DESARROLLO EMBRIONARIO EN SEMILLASEN SEMILLAS

• Impide la viviparidad, al inhibir la Impide la viviparidad, al inhibir la germinación de las semillas germinación de las semillas dentro del fruto.dentro del fruto.

• Reprime la expresión de muchos Reprime la expresión de muchos genes específicos de la genes específicos de la germinación y puede originar o germinación y puede originar o acelerar la formación de grupos acelerar la formación de grupos especiales de proteínas de especiales de proteínas de reserva de la semilla en cultivo reserva de la semilla en cultivo de embriones.de embriones.

EL ABA Y LA ABSCISIÓNEL ABA Y LA ABSCISIÓN

Osborne (1989) dedujo que Osborne (1989) dedujo que probablemente el ABA no tiene acción probablemente el ABA no tiene acción directa sobre la abscisión, sino que directa sobre la abscisión, sino que actúa de manera indirecta induciendo actúa de manera indirecta induciendo la síntesis de etileno y causando la la síntesis de etileno y causando la senescencia prematura de las células senescencia prematura de las células en el órgano que se desprende. en el órgano que se desprende.

Según Osborne es el etileno el que en Según Osborne es el etileno el que en realidad inicia el proceso de realidad inicia el proceso de abscisión.abscisión.

MECANISMOS DE ACCIÓN MECANISMOS DE ACCIÓN DEL ABADEL ABA

1)1) Efectos sobre la membrana Efectos sobre la membrana plasmática de las raíces.plasmática de las raíces.

2)2) Inhibición de la síntesis de Inhibición de la síntesis de proteínasproteínas

3)3) Activación y desactivación Activación y desactivación específica de ciertos genes específica de ciertos genes (efectos de transcripción y (efectos de transcripción y postranscripción).postranscripción).

CULTIVO DE TEJIDOS CULTIVO DE TEJIDOS VEGETALESVEGETALES

Cultivo de órganos de la planta Cultivo de órganos de la planta como ápices de raíz, tallos, como ápices de raíz, tallos, primordios de hoja, partes primordios de hoja, partes inmaduras de flores, frutos inmaduras de flores, frutos inmaduros, embriones maduros o inmaduros, embriones maduros o inmaduros, semillas, ovarios, óvulos, inmaduros, semillas, ovarios, óvulos, anteras, pólen, en medios nutritivos anteras, pólen, en medios nutritivos y en forma aséptica siguiendo el y en forma aséptica siguiendo el principio de totipotencialidad de la principio de totipotencialidad de la célula vegetal.célula vegetal.

INSTALACIONES INSTALACIONES NECESARIASNECESARIAS

• Lugar aséptico para la Lugar aséptico para la esterilización del material (con esterilización del material (con autoclaves, tarjas, basureros autoclaves, tarjas, basureros clasificados, etc.).clasificados, etc.).

• Almacén para reactivos.Almacén para reactivos.• Área aséptica con campana de Área aséptica con campana de

flujo laminar para filtrar el aire, flujo laminar para filtrar el aire, mecheros para elaborar los mecheros para elaborar los cultivos.cultivos.

INSTALACIONES INSTALACIONES NECESARIASNECESARIAS

Cámaras de crecimiento con:Cámaras de crecimiento con:

Lámparas “Solar” con luz blancaLámparas “Solar” con luz blanca

Repisas de acero inoxidable con Repisas de acero inoxidable con láminas delgadas de madera para láminas delgadas de madera para aislamiento contra el calor excesivo aislamiento contra el calor excesivo para colocar los cultivos.para colocar los cultivos.

Control de temperatura y humedad Control de temperatura y humedad relativa con higrotermómetrosrelativa con higrotermómetros

Relojes “timers” para encender y Relojes “timers” para encender y apagar las luces automáticamente.apagar las luces automáticamente.

INSTALACIONES INSTALACIONES NECESARIASNECESARIAS

Invernadero para llevar a cabo el paso Invernadero para llevar a cabo el paso de cultivo in vitro a tierra esterilizada.de cultivo in vitro a tierra esterilizada.

Casa de sombra para la adaptación de Casa de sombra para la adaptación de los cultivos al medio ambiente los cultivos al medio ambiente protegidos contra la incidencia directa protegidos contra la incidencia directa del sol.del sol.

Huerta experimental para seguir el Huerta experimental para seguir el desarrollo de los cultivos desarrollo de los cultivos trasplantadostrasplantados

TÉCNICA DE CULTIVO DETÉCNICA DE CULTIVO DETEJIDOS VEGETALESTEJIDOS VEGETALES

TRASPLANTE DE LOS TRASPLANTE DE LOS PROPÁGULOS GENERADOSPROPÁGULOS GENERADOS

CULTIVO DE CÉLULAS CULTIVO DE CÉLULAS EN SUSPENSIÓNEN SUSPENSIÓN

Consiste en un conjunto de Consiste en un conjunto de células aisladas, así como de células aisladas, así como de pequeños racimos celulares. Es pequeños racimos celulares. Es útil en los estudios de útil en los estudios de embriogénesis, ciclo celular, embriogénesis, ciclo celular, genética, nutrición, bioquímica, genética, nutrición, bioquímica, metabolismo y obtención de metabolismo y obtención de compuestos secundarios.compuestos secundarios.

CULTIVO DE CÉLULAS CULTIVO DE CÉLULAS ENEN

SUSPENSIÓNSUSPENSIÓN

SEPARACIÓN DE LAS SEPARACIÓN DE LAS CÉLULAS EN SUSPENSIÓNCÉLULAS EN SUSPENSIÓN

La capacidad de disgregación de La capacidad de disgregación de las células en el cultivo se puede las células en el cultivo se puede promover con una mayor cantidad promover con una mayor cantidad de auxinas que de citocininas; de auxinas que de citocininas; sustituyendo la sacarosa por sustituyendo la sacarosa por glucosa; con vitaminas como la glucosa; con vitaminas como la B12, etc. y al incrementar los B12, etc. y al incrementar los niveles de algunas sales, así como niveles de algunas sales, así como al incorporar enzimas degradantes al incorporar enzimas degradantes de la pared celular.de la pared celular.