Stress en Plantas

Fisiologa de las plantas bajo condiciones de estrs

Encuentro Iberoamericano de Olivicultura Chile 2006VII Jornadas Olivcolas

La Serena, CHILEOctubre 2006

Rafael Piol Dastis

Definicin y factores de estrs

Estrs:conjunto de respuestas bioqumicas o fisiolgicas que definen un estado particular del organismo diferente al observado bajo un rango de condiciones ptimas

Factores de estrs:cualquier factor que produce un menor crecimiento respecto al ptimo de la planta(Kozlowski & Pallardy, 1997).

Efectos del estrs en los cultivos

Los distintos tipos de estrs causan importantes prdidas econmicas aunque no siempre son conocidos.

No se les da la importancia real que alcanzan

Muchos tipos de estrs ni siquiera llegan a reconocerse

Planta estresada

Planta menos

productiva

Prdida econmica

explotacin

Slo el 10-25% superficie cultivable est libre de estrs

Blum, 1988

26

2015

0

5

1015

20

25

30

Sequa Deficiencia otoxicidad mineral

Congelacin

%

S

u

p

e

r

f

i

c

i

e

C

u

l

t

i

v

a

b

l

e

Efectos del estrs en los cultivos

PRESEN

CIA DE

PATG

ENOS

Insect

os

Hongos

Virus

Bacteri

as

Nemto

dos

ASOCIADOS AL

MANEJO CULTIVO

Transplante

Dao en races

Estrs carencial

FitotoxicidadSalinidadPoda

FACTORES DELESTRS VEGETALFACTORES

CLIMTICOSFroCalorSequaAsfixia radicular

Baja humedad relativa

HeladasGranizoViento

ASOC

IADOS

A

MOME

NTOS

FENOL

GICO

S

Embrio

gnesi

s

Germin

acin

Brotac

in

Florac

in

Madur

acin

Estrategias de respuestas de las plantas

Escape: crecer nicamente durante las condiciones que les son favorables.

Evitarlo: Fisiolgicamente no existe una situacin de estrs

Tolerancia: la planta sufre estrs pero es capaz de sobrevivir (lo tolera).

Resistencia: similar a la tolerancia pero slo factores especficos, generalmente genticos, son responsables de la respuesta.

Respuesta del vegetal frente al EstrsN

i

v

e

l

f

i

s

i

o

l

g

i

c

o

ptimo

Muerte

Estrs

F. Alerta

Fase de Resistencia

F. Agotamiento

SEAL

RESPUESTA

ESPECFICA GENERAL

Seal - Respuesta factores de estrs

Frente a una situacin de estrs, las plantas activan complejos mecanismos de respuesta que conducen a la expresin de un grupo de protenas cuya funcin es proteger a la clula.

Existe una gran diversidad entre las protenas de estrs dependiendo de si son sintetizadas como respuesta al calor, a la deshidratacin, a la salinidad, a la anoxia o a un ataque por patgenos (Fritig et al., 1998).

Resulta por tanto, que para cada situacin de estrs las plantas expresan un tipo de protenas de estrs.

Respuestas especficas al estrs

Fischer & Hain, 1994; van Loon, 1997

Protenas PR, fitoalexinas, inhibidores de proteasas (Pin)

Insectos, Nemtodos, Hongos, Bacterias, Virus

FACTORES BITICOS

Dolferus et al., 2003; Sachs et al., 1996;

ANPs (anaerobic proteins)Asfixia

Bray, 1997; Munns, 2002SSPs (salt stress proteins); LEA (late embryogenesisabundant)

Salinidad

Bray, 1997; Bray, 2002; Munns, 2002; Xiong & Zhu, 2002

WSPs (water stress proteins); OLPs (osmotin like proteins)

Deficiencia hdrica

Vierling, 1991; Waters, et al., 1996HSPs (heat-shock proteins)Temperatura

FACTORES ABITICOS

ReferenciaProtena de respuesta Factores causantes

Respuestas especficas al estrs

Ruz et al., 2004

ESTRS

Cierre Estomtico, Fotosntesis, Respiracin

Sntesis proteica

Osmoregulacin Acumulacin solutos compatibles

Expresin Prots. Estrs

Reduccin del Crecimiento

Variacin Balance Hormonal ABA Etileno CKs Aux

Respuestas generales al estrs

Mutacin DNA

FACTORES DE ESTRSSalinidad Patgenos Intensidad lumnica

Sequa Fro Ozono

ROSO2

-, OH-, H2O2

ESTRS OXIDATIVO

Lpidos Protenas c.Nucleicos

Peroxidacin Desnaturalizacin

Dao enmembranas

Dao en las clorofilas

Malformaciones

MECANISMOS ELIMINACIN

Catalasas

Peroxidasas

Mn-SODCu/Zn-SOD

Fe-SOD

La acumulacin de aminocidos libres es un mecanismo presente en la mayor parte de las especies vegetales sometidas a estrs, siendo considerada como un fenmeno de resistencia natural que la propia planta dispone.

Los aminocidos actan como solutos para el ajuste osmtico intracelular, y comoprotectores de la maquinaria metablica en condiciones de estrs, estabilizando macromolculas y membranas (Rai, 2002).


Funciones de los Aminocidos en las plantas

Aminocidos

Sntesis de protenas

Regulacin apertura estomtica y

capacidad fotosinttica

Regulacin osmtica

Modulacin permeabilidad de las membranas

Proteccin y fomento de la

actividad enzimtica

Complejantes orgnicos

Germinacin

Precursores de otros compuestos

Mayer et al., 1990


FUNZIONI FISIOLOGICHE

Los aminocidos como respuesta a estados carenciales


Girousse et al., 1996

Wang et al., 1999



El nivel de aminocidos libres es utilizado a menudo como ndice de tolerancia y/o resistenciade las plantas frente a situaciones adversas.

Wang et al., 1999

Metabolismo Nitrgeno: Sntesis de Aminocidos

NITRATO

AMONIO

AMINOACIDOS

PROTEINAS

NITRITO

NO3- + 2H+ + 2e- NO2- + H2ONitratoRed

ENERGA

NO2- + 8H+ + 6e- NH4+ + H2ONitritoRed

ENERGA

Oxocido +NH4++ATP Glutmico+ADP+PiENERGA

GlutamatoSint

Por qu la planta necesita disponer de Aminocidos libres, especialmente frente una situacin de Estrs?

Sntesis de una protena

ESTRS SALINO

ABA

ADN

NCLEO

AUG

GC

GCA

C

UAC

Met V

AL

M

Leu

ADNTre

Regulacin osmtica

OsmotinaA UC G

M

T

Aa disponibles

Respuestas de las plantas al estrs

Fases: 9 Reconocimiento9 Transduccin de Seales9 Expresin Protenas de Estrs

Tipo respuesta:9 Cambios morfolgicos y de desarrollo9 Ajustes en el transporte de iones9 Cambios metablicos

Niveles de respuesta:9 Molecular9 Celular9 Planta

Sntesis de protenas

Expresin de los genes

Sistemia de metabolitos secundarios(seales de transduccin - seales: Ca++, ABA, etc.)

Reconocimiento factor de estrs(receptores protenas de membrana)

Seal

Fases de respuestas al estrs

Seal - Respuesta factores de estrs

Transduccin de las seales de estrs a nivel celular

Ncleo

DNA

Membrana celular

Receptor de seal

Recepcin de la seal

Transduccin de la seal

Induccin de respuestas celulares

Transductores de sealSeal

rganos citoplasmticos

mRNA

Protenas de estrs

Estrs osmtico Deficiencia

hdrica Salinidad

ABA

WSPs:LEA, dehidrinas, osmotinas,

betaina SSPs

AJ

Anoxia

Ca2+

ANPs: aldolasas, enolasas, piruvatodescarboxilasas,

Herida

ISR

Genes de repuesta a herida: inhibidores de proteasas, polifenol

oxidasas

Factores abiticos

Patgeno

Etileno

SAR

Genes de respuesta a infeccin:

protenas PR, fitoalexinas

AS

Factores biticos

Ruz et al., 2004

Transduccin de seales

Avances en la comprensin de los genes implicados en las repuestas al estrs

Aislamiento de mutantes afectados

Clonacin de los genes reguladores

Caracterizacin de nuevas vas de la transduccin de la seal

Hoy en da la protemica y la genmica han registrado grandes avances debido a:1) Desarrollo de las tcnicas de la biologa molecular (reaccin en cadena

de la polimerasa, PCR)2) Adquisicin de muchos conocimientos basados en el sistema modelo de

Arabidopsis y las plantas transgnicas.

Fro(36 genes)

Sequa(62 genes)

Salinidad(57 genes)

10

20

121

4

35

Solapamiento en la expresin de los genes de arroz bajo diferentes tipos de estrs

Rabbani et al., 2003

Mittler, R., 2006

Interaccin entre diferentes tipos de estrs

Interaccin entre diferentes tipos de estrs

Mittler, R., 2006

Sntomas visuales del estrs

Sistemas de Medicin del Estrs

Fitomonitoreo

00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

400 450 500 550 600 650 700 750Wavelength (nm)

R

e

f

l

e

c

t

a

n

c

e

Teledeteccin

Fluormetro: Diagnosis del estrs mediante la medida de la fluorescencia de las clorofilas

PAR (35-40%)

Luz reflejada

Calor Fluorescencia Fotosntesis

Condiciones ptimas

PAR (35-40%)

Luz reflejada

Calor Fotosntesis

Condiciones de Estrs

Fluorescencia

La disipacin de la energa no utilizada en la fotosntesis es un mecanismo de fotoproteccin, que preserva la integridad del aparato fotosinttico y es considerada como una defensa desarrollada por el cloroplasto para contrarrestar los daos provocados por estreses biticos y abiticos.


Clima Mediterrneoveranos calurosos, inviernos suaves

Olivo

Adaptado a condiciones de sequa y calor extremo

Dficit de agua

Salinidad Bajas temperaturas

Efectos del Estrs:

Alteracin niveles hormonales

Cierre estomtico

Afecta actividad fotosinttica

Crecimiento Rendimiento

Respuestas de Adaptacin, Tolerancia y Defensa

Adaptaciones morfolgicasGruesa cutcula

Estomas en cara inferior + tricomasEj. Hojas

Elevada Eficiencia en el uso del agua (WUE) Contenido hdrico foliar muy bajo Ajuste osmtico ( potencial osmtico en vacuolas) Reduccin Tasa Fotosntesis (debida al cierre estomtico, a inactivacin procesos metablicos ( Rubisco) o a inhibicin de las reacciones fotoqumicas)

Investigacin para el progresoInvestigacin para el progreso

Gracias por su atencin

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