Un hongo que promueve el crecimiento vegetal.
Conociendo algunos blancos de los hongos en la membrana vegetal.
Dra. Sobeida Sánchez Nieto
Impulso a
adaptarse
Homeostasis
Consiste en el adecuado equilibrio de un organismo con respecto a la relación que tiene con su entorno natural.
Estado homeostático
Estrés ambiental
Estrés nutrimental
Condición fisiológica
Factores de riesgo para la salud
Un factor de riesgo es cualquier rasgo, característica o exposición de un individuo que aumente su probabilidad de sufrir una enfermedad o lesión. • Entre los factores de riesgo más importantes cabe citar:
a) la insuficiencia ponderal (es un término que se refiere a estar por
debajo del peso que se considera saludable) b) las prácticas sexuales de riesgo, c) la hipertensión, d) el consumo de tabaco y alcohol, e) el agua insalubre, las deficiencias del saneamiento y f) la falta de higiene.
“El hambre perpetúa la pobreza al impedir que las personas desarrollen sus
potencialidades y contribuyan al progreso de sus sociedades”
Kofi Annan, ONU, 2002
• El hambre es una violación de la dignidad humana y al mismo tiempo un obstáculo para el progreso social, político y económico. El derecho internacional reconoce que todos tienen el derecho fundamental a no padecer hambre, y 22 países han incorporado el derecho a los alimentos en su constitución.
Seguridad Alimentaria Nutricional, Conceptos Básicos 3ra Edición, febrero de 2011
FAO: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura
Inseguridad alimentaria
• 30 de octubre de 2016, Roma - durante la presentación del informe anual de la FAO “El estado de la inseguridad alimentaria en el mundo” (SOFI-2006, por sus siglas en inglés), el Director General de la FAO, Jacques Diouf, exhortó a los líderes mundiales a cumplir el compromiso adquirido hace una década de reducir a la mitad el número de personas que pasan hambre en el mundo para 2015.
• Tras recordar que las promesas no sustituyen los alimentos, Diouf señaló que “hoy sufren hambre más personas en los países en desarrollo -820 millones- que en 1996”, cuando se celebró la Cumbre Mundial sobre la alimentación (CMA)”
FAO: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura
Hay muchos factores involucrados para lograr disminuir el hambre en el mundo
Poca de la tierra es usada para la producción de
plantas de interés alimentario para el
humano
World maps of crop areas (maize, rice, wheat, and soybeans)
Monfreda, Ramankutty, Foley (2008)
Productividad de plantas
Alta productividad significa que se produce más alimento sin extender la tierra para cultivo.
Como lograr aumentar la productividad:
A. Cambiando las prácticas de cultivo
B. Utilizando semillas MEJORADAS o SELECCIONADAS, es decir con una mayor resistencia a plagas o enfermedades o resistencia a condiciones adversas de cultivo
C. Mejorando las prácticas de almacenamiento de semillas
Condiciones que afectan la productividad de los cultivos
Frequent short episodes of high temperature stress could have adverse effects on seed number, seed weight, and thus cereal yields. Reduction in 30 % has been seen in crops
Both is frequent to have more than one stress at the same time.
Abiotic stress
1. ESTRÉS DE TIPO ABIÓTICO
• El estrés abiótico supera al biótico, sin embargo, ambos están relacionados.
• Más humedad por ejemplo permite el crecimiento de hongos y bacterias
2. Estrés biótico: Virus, bacterias, hongos, nematodos y otros
The Spark by Beyond Agronomy, 2013
DISTRIBUCIÓN DEL CARBONO EN LA PLANTA (RELACIÓN FUENTE DEMANDA)
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
1. CONTENIDO DE CARBOHIDRATOS: Fotosíntesis 2. TRANSPORTE MEMBRANAL DE AZÚCARES: Translocación 3. SEÑALIZACIÓN: Coordinación entre la fotosíntesis y el abasto de
carbono
Relación fuente-demanda PLANTAS Organismos autótrofos, pero NO TODOS LOS TEJIDOS SINTETIZAN AZÚCARES, aquellos que no sintetizan son denominados tejidos demanda de azúcares o nutrientes
Hojas o tejido fuente Azúcares
En el tejido fuente
Metabolismo y Desarrollo
Almacenaje
Exportación a tejidos
demanda
Metabolismo y Desarrollo
Almacenaje Exudación
0.5 A 1.8 M Sacarosa
5 a 200 mM Sacarosa
20 % 80 %
Tejido vascular
VENA es un vaso sanguíneo que conduce la sangre desde los capilares hasta el corazón ARTERIA se encarga de llevar la sangre desde el corazón hacia las demás partes del cuerpo.
Floema se encarga de llevar azúcares y otros nutrientes a todas las partes de la planta desde las hojas Xilema se encarga de llevar agua y minerales desde la raíz hacia los tejidos superiores
Relación fuente-demanda
Fotosíntesis Translocación Coordinación (TRANSPORTE) para el abasto de carbono “SEÑALIZACIÓN”
AZÚCARES
BUSCANDO EL MECANISMO DE PROMOCIÓN DEL CRECIMIENTO VEGETAL:
CASO TRICHODERMA ASPERELLUM- MAÍZ
Plant-Fungi interaction for good or for bad
Pathogenic fungi
cause losses in staple crops
Beneficial fungi • Nutrient
capture and recycling.
• Enhance the resistance to herbivores or pathogen microbes
Preparados del hongo
Trichoderma
a. Promotores del crecimiento vegetal
b. Inducen las respuestas de la planta ante patógenos (AUMENTAN SISTEMA INMUNE)
c. Producen metabolitos que atacan a los patógenos de plantas (BIOCIDAS, QUITINASAS, SWALLONINAS…)
d. Restringen la invasión al físicamente atacar a los patógenos (MICOPARASITISMO)
2 3 4 5 6 Fu
sari
um
ve
rtic
illio
ides
Tric
ho
der
ma
a
sper
ellu
m
Am
bo
s Día post-inoculación
Arciniega-Ruiz, 2014
Antibiosis- secreción de moléculas que disminuyen el crecimiento de microorganismos Competencia por espacio y nutrientes
ENSAYO DE CULTIVO DUAL
MICOPARASITISMO
Hongo endófito benéfico: Trichoderma asperellum
5 days post-infection
Guzmán-Chávez, 2013 y López-Coria, 2015
Infección de las raíces de la planta de maíz con T. asperellum
Control
Infección 3 días
Infección 10 días
Biopriming con Trichoderma asperellum
T
C Desinfected seeds
1x103conidia/mL T. asperellum agitation by 1.5 h
Agar 1% por 48 h a 29ºC
Biopriming and germination
Guzmán-Chávez, 2013
Trichoderma asperellum promueve el crecimiento vegetal
T
C
2 days post-infection
0
1
2
3
4
5
6
Control Tratados
Rad
icle
len
ght
(cm
)
24 h 48 h
Trichoderma
Guzmán-Chávez, 2013
El efecto de promoción del crecimiento de la planta dura toda la vida de la planta
T C
7 days post-infection
C T T C
0
5
10
15
20
25
30
35
C-SH T-SH C-H T-H C-Fv T-FvL
eng
ht
(cm
) Tratamientos
Parte aérea
Guzmán-Chávez, 2013
1dpi
2dpi
4dpi
5dpi
6dpi
Treatment
¿Cuál es el mecanismo por el que T. asperellum induce el crecimiento de maíz?
Proyecto de Maestría en Ciencias Bioquímicas Montserrrat López-Coria
Si en contacto directo el hongo afecta el crecimiento que sucederá si crecen cerca pero sin contacto?
Fig. 2. Morphological changes induced by
Tichoderma and auxin. I) Representative
images of seedlings maize treateds with T.
asperellum and 10µM AIA. C) Control; B)
Biopriming; NC) No-contact; A) Imbibition in 10
µM IAA. Bar= 5 cm. II) Shoot elongation at 72 h
under fungus treatments and IAA imbibition. C)
Lenght López Coria et al., Mol Plant Microbe Interact. 2016 Oct;29(10):797-806.
Auxinas
Auxinas
Matilda Denis
Incrementan la plasticidad de la pared celular y están involucradas en la elongación celular
Las raíces primarias no cambian tanto con los tratamientos de los hongos
Sup 1. Root hairs in different maize root zones from seedlings at 72 h germination in presence of T. asperellum or AIA. I) Establishment of root zones. II) Root hairs toluidine-blue staining. It was shown differences between treatments in the tree root zones.
Trichoderma aumenta la superficie radicular
Las raíces son las que le dan soporte a la planta, absorben minerales y agua
• Un sistema radicular bien desarrollado permite una mejor nutrición de la planta, lo cual puede tener un impacto positivo en su productividad
Las auxinas son hormonas que tienen que ver con el crecimiento celular, entonces son las auxinas las que mejoran el crecimiento de la planta
cuando Trichoderma está presente?
Determinación de auxinas en las raíces y coleoptilos de las plantas tratadas con T. asperellum
Fig. 4. Levels of signaling molecules. I) Amount of hydrogen peroxide in the three zones of
primary root of C) Control group; B) Biopriming; NC) No-contact; A) Imbibition in 10 µM IAA. II) IAA
content in shoot and primary root tissues determinate by HPLC .
Detectar moléculas mediante anticuerpos
Detección directa. El primer anticuerpo usado para reconocer al antígeno está covalentemente unido a una enzima por la región Fc, así al contacto con un reactivo soluble que se añade produce una señal que indica la presencia del antígeno
A. Fab es la región que reconoce al antígeno.
B. Varios anticuerpos pueden unirse simultáneamente a un antígeno
Detección indirecta El primer anticuerpo se une al antígeno y posteriormente a está reacción se le añade un segundo anticuerpo que reconoce la región Fc del primer anticuerpo y es el segundo anticuerpo el que está unido covalentemente a una enzima
Fig. 5. Distribution of IAA in tissues seedlings at 72 h of germination. The detection was performed by
immunodetection in tissue printing using anti-IAA specific antibodies. I) Morphological changes in
seedlings induced by T. asperellum, IAA or auxin transport inhibitor TIBA. II) IAA detected in shoot
printing. III) IAA detected in primary root printing.
Detección con anticuerpos. Directa.
IAAld rescues the rhd6 mutant phenotype.
Hexon Angel Contreras-Cornejo et al. Plant Physiol.
2009;149:1579-1592
©2009 by American Society of Plant Biologists
Función fisiológica de la ATPasa de H+ de la MP
• Enzima y transportador membranal que se encarga de la acidificación del medio externo celular • La acidificación externa (apoplasto) favorece la elongación celular al reducir la rigidez de la pared celular • Los protones que salieron pueden volver a entrar a la célula acompañada de nutriente y/o agua,
favoreciendo la nutrición, lo que impacta positivamente en el crecimiento celular
Quién responde ante los cambios inducidos por T. asperellum en la célula?
¿Cómo medir la actividad de la ATPasa de H+ de la MP?
Reacciones de la ATPasa
1. Vectorial: movimiento de protones desde el citosol al apoplasto
2. Escalar: reacción química de hidrólisis de ATP
ATP ADP + Pi enzima
Sup 2. Physiological evidence of progressive proton extrude. Pictures representatives of seedlings growth 72 h under conditions: C) control; B) biopriming; NC) no contact; A) 10 µM AIA imbibition; and then transplanted to M) agar added with bromocresol purple, an indicator of pH. Yellow color in media correspond a pH lower than 5.2. Bar= 5.
Fig. 7. Physiological test of acidify. pH value was measure in liquid media at different
times. Values represent the means of three independent samples with estándar
deviation.
Los tratamientos con T. asperellum e IAA induce la acidificación del medio externo
Aumento de ácidos orgánicos o actividad de ATPasa?
Obtención de fracción microsomal
Membrana plasmática, Vacuola, Golgi, ER y otras
La actividad de ATPasa de la MP si es más alta
ATP ADP + Pi
Fracción microsomal
Posibles explicaciones para la mayor actividad de la enzima
1.Más enzima:
Mayor transcripción = RNA =PCR
y/o traducción = más proteína = Western
2. Modificación en la enzima:
Postraduccional = Proteólisis del carboxilo terminal o
fosforilación
o interacción directa = Tipo de efecto sobre la enzima
Fig. 6. PM-H+ ATPase activity. I) Inmunodetection of PM-H+ ATPase in microsomal fraction of shoot and
primary root using anti-H+ ATPase of Arabidopsis thaliana in tissue from II) PM-H+ ATPase activity induces
by T. asperellum or IAA.
Pero no se está induciendo la transcripción de la enzima, puesto que no hay más enzima en la membrana
Western-Blot con detección de la ATPasa indirecta
Posibles explicaciones para la mayor actividad de la enzima
1.Más enzima:
Mayor transcripción = RNA =PCR
y/o traducción = más proteína = Western
2. Modificación en la enzima:
Postraduccional = Proteólisis del carboxilo terminal o
fosforilación
o interacción directa = Tipo de efecto sobre la enzima
Características de la enzima
• Es una proteína membranal
• Le afectan moléculas que se intercalan en la membrana
• También aquellos que interactúan con la parte hidrofílica
• La región del carboxilo se conoce como autoinhibitoria
• La fosforilación del carboxilo puede llevar a activar a la enzima
T. asperellum induces maize seedling growth by activating the PM H+-ATPase
López-Coria et al., 2016. MPMI
Defosforilar a la enzima
T. asperellum induces maize seedling growth by activating the PM H+-ATPase
López-Coria et al., 2016. MPMI
El extracto celular de T. asperellum es capaz de activar a la ATPasa pero lo hace de manera diferente a la auxina
Publicado en el 2016
Quién activa a la enzima?
Perspectivas
1. Identificar el compuesto que activa a la ATPasa a través de un fraccionamiento biodirigido y HPLC-MS
2. Probar otros microorganismos promotores del crecimiento
3. Determinar que otras efectos moleculares tiene el hongo T. asperellum que favorece el crecimiento vegetal.
Dr. José Luis Hernández Mendoza Instituto de Ciencias Genómicas IPN, Tamaulipas. Dra. Marina Gavilanes Ruíz, Q. Laurel Fabila Ibarra Facultad de Química, UNAM
Colaboradores
M. en C. Fernando Guzmán Chávez
M. en C. Montserrat López Coria
Facultad de
Química
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