Fisiología del crecimiento y desarrollo

FISIOLOGÍA DEL CRECIMIENTO Y DESARROLLO.
T1 Introducción al crecimiento y desarrollo de las plantas Ciclo vital de plantas
Entendemos por desarrollo el conjunto de eventos q contribuyen a la progresiva elaboración del cuerpo de la
planta y q la capacitan para obtener alimento, reproducirse y adaptarse plenamente a su ambiente. El
desarrollo comprende dos procesos básicos; el crecimiento q denota los cambios cuantitativos q tienen lugar
durante el desarrollo y la diferenciación q se refiere a los cambios cualitativos. El desarrollo es sinónimo de
morfogénesis. Así podríamos definir el desarrollo como el conjunto de cambios graduales y progresivos en
tamaño (crecimiento), estructura y función (diferenciación) q hacen posible la transformación del cigoto en
una planta completa.
El crecimiento es un incremento irreversible del tamaño o volumen q se produce fundamentalmente a través
del alargamiento o expansión celular. Incluye tanto división como expansión. La división celular nunca es por
si misma un mecanismo de crecimiento ya q no conduce necesariamente a un aumento de tamaño. La
expansión de las clas siempre produce crecimiento. La rigidez de la PC condiciona el crecimiento de las clas
vegetales. Durante la elongación la PC 1ª pierde parte de su rigidez y se extiende gracias a la fuerza generada
por la presión de turgencia. La entrada de agua concomitante permite q se incremente el volumen celular. La
irreversibilidad del proceso está asegurada por una nueva ganancia de rigidez de la pared. Muy posiblemente
el factor determinante del proceso es la + de las expansinas q son proteínas de las paredes celulares de los
órganos en crecimiento q promueven la pérdida de rigidez de las paredes celulares. El control primario de la
división celular en las plantas reside en el ciclo celular q se define como la secuencia de eventos bioquímicos
y morfológicos q conducen a la generación de dos clas hijas. Cuando las clas se dividen repetidamente hay un
intervalo de tiempo (interfase) entre cada evento mitótico. La interfase se divide en tres fases delimitadas por
la síntesis de DNA, G1 o fase de presíntesis, S o fase de síntesis y G2 o fase de postsíntesis.
El ciclo celular está controlado por factores internos y externos. En las plantas existen 2 puntos de control
interno del ciclo celular, el 1º está en G1 y determina si la cla inicia una nueva replicación del DNA o
abandona el ciclo y la 2ª está en G2 y determina si las clas entran o no en mitosis. En la regilación de ambos
puntos de control participan las ciclinas q son proteínas sintetizadas durante el ciclo celular q son los
productos de la actividad de unos genes denominados CDC. La mayoría de los productos de estos genes son
quinasas q se + (fosforilan) al unirse con ciclinas específicas denominadas CDKs (quinasas dependientes de
ciclinas). La frecuencia de las divisiones celulares tb está controlada por el tamaño de las propias clas q sólo
se dividen cuando alcanzan un volumen predeterminado. Los CKIs son − de las quinasas q parecen estar
regulados por hormonas (Aux/CKs). Las CKs controlan de alguna forma la fosforilación y actividad de las
quinasas.
La diferenciación conduce a la especialización de las clas. Depende de la expresión diferencial del material
genético. Las clas diferenciadas son totipotentes, retienen toda la información requerida para regenerar una
planta completa, lo q les permite desdiferenciarse. La competencia es la capacidad de las clas para reconocer
señales q + una ruta particular de diferenciación. El estado de determinación conlleva la activación de un
mecanismo de memoria q se mantiene incluso cuando las condiciones q indujeron su adquisición son alteradas
mediante manipulación ambiental. En las clas vegetales la determinación es menos estable y su adquisición
mucho más gradual q en clas animales. Las clas vegetales pueden adquirir el estado de determinación por dos
mecanismos 1) división desigual de una cla polarizada para generar dos clas hijas q siguen destinos diferentes
ó 2) comunicación intercelular q suministra la información necesaria para emprender una ruta de
diferenciación q dependa de la posición q la cla ocupa. Las clas meristemáicas se diferencian de acuerdo con
la posición q ocupan y utilizan la comunicación intercelular para verificar esta posición. Así una cla del
suspensor puede dar lugar al embrión si éste es eliminado. Una cla q entra en una nueva zona meristemática se
diferencia de acuerdo con su nueva posición. El desarrollo de la planta es un proceso coordinado e integrado
1
por un gran nº de señales entre las q se encuentran las hormonas. Sin embargo no hay pruebas de la
participación directa de las hormonas en la determinación de destinos celulares específicos. El factor crítico
parece ser la comunicación entre clas adyacentes a través de plasmodesmos.
T2 Crecimiento Elongación celular Factores que intervienen en la extensión de la pared
T3 Cinética del crecimiento Correlaciones de crecimiento Dominancia apical
El crecimiento de una planta depende del crecimiento de cada una de sus clas. Existen 2 formas de crecer, 1)
uniformemente en las 3D = expansión 2) crecer en una única dirección = elongación. La PC frena el
crecimiento, limitando la forma el tamaño y la velocidad de crecimiento, una cla crece lo q su pared le
permite. La presión de turgencia actúa como fuerza conductora y normalmente no es un factor limitante.
La PC 1ª está formada por celulosa, hemicelulosa, pectinas y una pequeña cantidad de proteínas estructurales.
Dicha pared inicialmente rígida ha de sufrir una serie de modificaciones bioquímicas que disminuyan su
rigidez y permitan el aumento del volumen del protoplasto. La formación de nuevos enlaces y la
incorporación de nuevos componentes a la pared la transformaran otra vez en una pared rígida lo que
convierte el incremento de volumen en un proceso irreversible, esto es crecimiento.
En PC 1ª (sin PC2ª) la red polimérica que mantiene la estructura y le confiere rigidez es la red celulosa
hemicelulosa, q excepto en gramíneas está constituida por las fibrillas de celulosa unidas entre si por
cadenas de xiloglucano (XG) mediante ptes de H. Así las cadenas de XG impedirán la separación de
fibrillas. La ruptura y el alargamiento de las cadenas de XG y la ruptura de los ptes de H permitirán la
separación de fibrillas y por tanto la extensión de la pared. El crecimiento requiere por lo tanto una fza
conductora (presión de turgencia) y una relajación de la PC, una menor rigidez, esto último es lo que
determina la v de crecimiento pq normalmente la turgencia no es limitante. La pared nunca se adelgaza sino q
se integran nuevos materiales cada vez que crece. Si la pared crece uniformemente las fibrillas no se
disponen de forma concreta si existe elongación (crecimiento en una sola dirección) se disponen
transversalmente al plano de elongación. Las fibrillas de celulosa nunca se estiran pero sí se puede provocar
una separación de las celulosas e insertar nuevas fibrillas. Las clas q poseen PC 2ª nunca sufren
modificaciones de volumen. Se observan estratos que pasan de transversal a casi vertical, pero no son cambios
de orientación sino que es un muelle que al estirarse pasa a ligeramente helicoidal, aumentando la longitud de
la cla. No son necesarios grandes cambios para aumentar el tamaño, este cambio se provoca de forma pasiva
por deposición de fibrillas de celulosa. Se genera pres de turgencia pq existe una pared que se opone y se
genera una tensión en las paredes y las fibrillas de celulosa se separan. La red de proteínas (ricas en prolina)
y fenoles está relacionada más bien con el cese del crecimiento.
Todas las dicotiledóneas tendrán paredes de tipo I y parte de las monocot (gramíneas) tendrán tb paredes de
tipo II en las que el XG va a ser arabinoxilano o glucoarabinoxilano. En vez de proteínas ricas en
hidroxiprolina en las paredes tipo II las habrá ricas en creonina. En gramíneas en su pared 1ª aparece un
polisacárido denominado glucano mixto (1!3)(1!4)glucano pero sólo en clas en elongación. Existe un turn
over muy rápido típico en gramíneas en las clas que se están elongando (no en zonas meristemáticas).
Se han postulado 3 posibles mecanismos involucrados en la pérdida de rigidez de las paredes 1) la acción
puntual de una endo−(1!4)−D−glucanasa q rompiese la cadena de XG y permitiese la separación de las
fibrillas. Se necesita la incorporación de nuevas cadenas de XG para evitar el progresivo debilitamiento de la
estructura. 2) la Xgendotransferasa (XET) permitiría al alargar las cadenas de XG una mayor separación entre
las fibrillas sin debilitar la estructura de la red polimérica. La XET participaría en la incorporación a la red
de las cadenas de XG sintetizadas de novo. 3) Las expansinas romperían puntualmente los ptes de H entre las
cadenas de glucano de las fibrillas y las cadenas de XG, al estar la pared sometida a tensión, aunque dichos
2
ptes se volverían a formar espontáneamente lo harían en distinta posición, contribuyendo a fijar la extensión.
En las expansinas no se ve actividad hidrolasa Funcionan a pH ácido y las auxinas tienen un papel aquí. Las
expansinas se activan por calor y no muestran una actividad encimática clásica. Ni la glucanasa ni la XET
provocaron expansión in vitro mientras que las expansinas sí. En paredes de tipo II (gramíneas) se ha visto
que la (1!3)(1!4)glucanasa rompe el enlace (1!4) contiguo al (1!3) y la actividad es específica cuando las
células están en crecimiento.
Las pectinas q embeben la pared poseen un papel fund en el crecimiento, modulándolo ppalmente en paredes
de tipo I. Las pectinas están formadas por polímeros de ramnogalacturonano I y II así como
homogalacturonano y principalmente galacturónicos. Controlan el acceso de los enzimas a las paredes, debe
existir un control pq hay enzimas y sustrato y sin embargo la cla no se degrada. La modificación de los
polímeros q forman las pectinas pueden facilitar el acceso de las enzimas a los sustratos. Las pectinas ácidas
(ac galacturónico) se van a sintetizar muy metiladas y por acción de la pectilmetilesterasa se esterifican
(pierden la metilación, por lo que el grupo carboxilo antes metilado y sin carga ahora posee carga).
Dependiendo de la actividad de la pectilmetilesterasa las pectinas estarán más o menos metiladas y donde no
haya metilación puede actuar la poligalacturonasa rompiendo los enlaces entre dos restos (1!4) de
galacturónico. Cuando el carboxilo está libre las pectinas no se unen por enlaces a la celulosa pero pueden
atrapar polímeros de celulosa puesto que donde no existe esterificación se establecen uniones a través de ptes
de Ca2+ que aumentan la rigidez de la pared. En las paredes de tipo II las pectinas no tienen un papel tan
importante sino q es asumido por las hemicelulosas y los glucoarabinoxilanos, que dependiendo del grado de
sustitución cambian sus propiedades. Al comienzo de la elongación están muy sustituidas y a medida que pasa
el tiempo van disminuyendo el grado de ramificación. Cuanto + ramificado es + soluble y forma − ptes de H
con la celulosa.
Mecanismos para que la cla deje de crecer. A) proteínas, principalmente en PC I prot ricas en hydroxiprolina
(PRP), son glicoproteínas SerHyPro4 es la secuencia más repetida. La HyPro con restos de hasta 4 arabinosas
y algo de galactosa unida a la serina. Las PRP asociadas con la extensina (no confundir con expansina) son +
solubles en clas meristemáticas al inicio de la elongación. En paredes de tipo II no aparecen las PRP pero se
observa prot ricas en trheonina. B) El cese del crecimiento se debe ppalmente a fenoles y la formación de ptes
entre ellos catalizados por peroxidasas, uniéndose a arabinosa. La presencia de estos ptes aumenta con la
edad, los restos de fenoles dan − solubilidad y + rigidez limitando el crecimiento.
Regulación hormonal del crecimiento. La respuesta a nivel clar de las auxinas es el alargamiento o elongación
de las clas. El AIA cuando se añade a segmentos normalmente etiolados induce la expansión clar en
coleoptilos e hipocótilos. Se observa un período de latencia de 8−10' que no se puede acortar, es el tpo
necesario para q se pongan en marcha todos los procesos (no el tpo en que tardan en llegar las auxinas).
Respuesta a auxinas *es necesaria la presencia continuada de auxinas *es proporcional a la [] *es + rápido en
segmentos precultivados * requiere ATP y ATPasas de mb *requiere azúcares pero no para ósmosis sino para
energía *need turgencia por enzima de un determinado rango (el manitol produce plasmolisis e − el
crecimiento)*existe un periodo de latencia, Hay dos factores que intervienen en el crecimiento uno a nivel de
las paredes y todo el efecto de las auxinas es a este nivel y otro a nivel de la fza de turgencia. Se habla de que
hay dos efectos, uno rápido a corto plazo y otro lento o a largo plazo.
Hipóteisis del crecimiento ácido: la auxina podría ejercer su acción a través de la acidificación del protoplasto.
La + del crecimiento provocada por la auxina se debería a la excreción de protones al apoplasto lo que causa
una ! del pH por debajo de 5.5 con la consiguiente alteración de los enlaces de la pared o la activación de
ciertos enzimas. La th requiere que 1) la auxina provoque la excreción de H+ en las clas en crecimiento 2) la
adición de ácidos a los tejidos debe ejercer un efecto similar al de la auxina 3) que las disoluciones
reguladoras neutras contrarresten la acción hormonal. El crecimiento mediante ácidos no es sostenido
mientras que el de auxinas sí, deberían existir unos factores de ablandamiento de la pared. La cutícula es muy
impermeable a H+ si la eliminamos el pH al que ! la extensibilidad es mayor 5.5 sino necesitaría un pH de 3.5
La fusicoccina es una fitotoxina q ! la actividad ATPasa de mb y ! el pH. No se observan efectos directos de la
3
auxina sobre las ATPasas de mb. La auxina lo que hace es ! la expresión del gen q codifica para una ATPasa
de mb.
La observación de la cinética (ver figura) llevó a extrapolar el trazo continuo y sugerir que tras la aplicación
de auxina existía una primera fase de crecimiento q duraría aproximadamente 1 hora seguida por una 2ª fase +
prolongada en la q se mantendría un estado estacionario en la v de crecimiento. Podría hablarse de una
respuesta rápida de la auxina, mediada por factores químicos (las auxinas activan las ATPasa de mb lo que
baja el pH del apoplasto y activa determinados enzimas, este proceso de activación requiere un tpo de
latencia) y otra respuesta más lenta mediada por la expresión de genes. El tpo q tarda en verse el efecto del a
auxina (tpo de latencia) es necesario para la acidificación por ATPasa y la + de enzimas. Si se provoca la
acidificación se + los enzimas sin necesidad de auxina.
Los SAUR (small auxin up−regulated RNA) son genes inducidos por auxinas. Tras 2−5 minutos de añadir
auxinas se + en las zonas de + rápida elongación. Se desconoce su función y aunque pueden estar relacionados
con el crecimiento parecen estarlo más con el gravitropismo. (ver imagen). El TIBA y el NPA son − del
transporte de auxinas ya que no las dejan salir de la cla e − la curvatura. Tambien se vio que existe un efecto
de las auxinas q controlan la expresión de genes que codifican para proteínas q modifican la estructura de la
PC (genes 2º) Glucanasas (Cel7) y transglicosilasa XET efecto muy importante en LeXET.
Las giberelinas tambien inducen el crecimiento pero de forma diferente *no se observa el efecto en segmentos
pero sí en plantas intactas *se observa el efecto con plantas a la luz (aux a oscuridad) *basta con una sola
aplicación *no se observan cambios en el pH *no aumenta el nº de clas. Son cambios en la extensibilidad de
la pared. T0 es una medida de la extensibilidad de la pared, al ! T0 ! la extensibilidad.
Las GAs ! la plasticidad en la PCy ! la cantidad de osmóticos, ! la extensión ! la rigidez. + el crecimiento
normalmente en las zonas subapicales del ápice del tallo y ápice de la raíz, en los meristemos 1º.
Las CKs se sintet en la raíz y se mueven a la parte aérea pueden actuar como mensajeros. Las aux se sintet en
la parte aérea y se mueven hacia las raíces. Existe coordinación entre diferentes partes de la planta.
Dominancia apical es la limitación del crecimiento de yemas y brotes laterales impuesto por la yema apical
del tayo principal. El tallo principal crece mucho + rápido cuanto + estricta sea la dominancia. Está controlado
genéticamente. Cuando se − la yema apical se + las axilares y una de ellas crece más rápido y toma el papel de
yema principal e − a las otras. En especies donde se manifiesta la dominancia apical, la supresión de la yema
permite el crecimiento de las yemas laterales, crecimiento que es − cuando se aplica auxina al corte. Aunque
estos resultados apoyan la idea de q la auxina procedente del ápice − el crecimiento de las yemas laterales,
algunos autores critican que la [aux] exógena requerida es mucho mayor a la de la yema suprimida. ¿Qué
impide el crecimiento de las yemas axilares mientras la yema apical continua creciendo? Puede ser que la
yema apical produzca − por un tipo de señal que mientras está activa se produce y se transmite a las yemas
axilares. ¿P q este − no es activo en yemas axilares? *Pq no se acumula suficiente o *puede ser que sea q la
yema apical no produzca − sino que sea la falta de nutrientes o promotores del crecimiento, q exista un tpte de
nutrientes dirigido o tb *puede ser un balance entre + e − del crecimiento *podría tb deberse a un cambio en la
sensibilidad del tejido a estos + ó − del crecimiento cuando se retira la yema apical. ¿Q cambios sufre esa
yema cuando deja de estar −? Cambios en el ciclo celular, en la expresión génica y en el metabolismo en
general.
Los genes iaaM e iaaH de Agrobacterium codifican para enzimas de la ruta de biosíntesis de auxinas; iaaM
codifica para la triptófano monooxigenasa y el iaaH para la indolacetamida hidrolasa. Esta ruta de biosíntesis
de auxina a partir de triptófano en plantas no funciona. Tryp !(iaaM)! Indolacetamida!(iaaH)!IAA Se toma el
gen iaaM y se le inserta un promotor muy activo p ej el del virus del mosaico de la coliflor CaMV35S se
produce así mucha monooxigenasa y se aumenta el indolacético q se transforma en IAA observándose una
dominancia apical más estricta (entre otros efectos).
4
El gen ipt de Agrobacterium codifica para la isopenteniltransferasa q cataliza la reacción de formación de
isopenteniladenina q sería la CK más básica isopentenilpirofosfato + AMP !(IPT)! isopenteniladenina
!!!Zeatina. Se le pone al ipt un promotor inducible para q se puede controlar la expresión del gen, por ejemplo
el promotor de las proteínas de choque térmico (HS) promotor HS + IPT ! aumento de CK y !de la
ramificación y ! de la dominancia apical. Si se ! [IAA] y tb se ! la [CKs] se invierte el efecto de IAA. Este
efecto tb se observa cuando se ! la [IAA] activo mediante síntesis de conjugados que atrapen el IAA. Para
sintetizar estos conjugados usamos el gen iaaL q conjuga el IAA con lisina lo que ! los niveles de IAA libre,
activo. Se observa el mismo efecto al ! las auxinas que al ! las auxinas. La mayor o menos dominancia apical
está determinada por el balance entre aux/CKs.
T4 Fotomorfogénesis Fitocromo Mecanismo de acción Control molecular
Está relacionado con la luz en el desarrollo de las plantas. La luz tiene un papel determinante en la
morfogénesis de las plantas, es independiente del papel de la luz como fuente de energía. El fitocromo capta
luz en el rojo y en el rojo lejano, con máximos en 660 y 730 nm. El criptocromo es un receptor de lus azul
pero se desconoce su naturaleza. En el caso de la luz como modulador del crecimiento y desarrollo son
requeridas dosis muy bajas. La luz provoca *síntesis de clorofilas *expansión de las hojas *expansión de las
raíces *− de la elongación *el gancho plumular desaparece en presencia de luz. Xamtiun es una planta de día
corto, florece cuando el periodo oscuro es mayor q un mínimo. La floración se puede manipular; si se
interrumpe el periodo oscuro con luz se − la floración. Las lechugas de la var grand repids con luz en rojo
lejano era capaz de − la germinación, siendo la luz en el rojo la + efectiva para promover la germinación. Se
observó que el último tipo de radiación era el que marcaba el grado de germinación y podía revertirse el
efecto de la luz anterior. Se apostó por la existencia de un único receptor con dos formas interconvertibles y se
aisló. Pigmento coloreado con diferente conformación espacial según la q estuviese recibiendo. Una forma
sería Pr interconvertible con Pfr, esta última sería la forma activa q se formaría al absorver Pr luz roja (max a
666) y Pfr se convertiría en Pr al absorber en el rojo lejano (max 730) aunq Pfr tb absorbe bte a 666. En
oscuridad estará la forma Pr q es la q se sintetiza. Iluminando con 730 nm se puede conseguir un 97% de Pr y
no el 100% pq Pr aunque poco tb absorbe algo a esta . A 666 nm se consigue un % pq Pfr menor pq éste
absorbe bte a esta .. Saturando de luz se obtiene un equilibrio entre Pr y Pfr. Se supone que la forma activa
es Pfr pq al iluminar en rojo el Pr se transforma a Pfr y se observa actividad, pero a la vez que ! Pfr ! Pr por lo
que cabe la posibilidad de que no sea el ! Pfr sino la ! Pr lo q provoque la respuesta. Se usaron mutantes en el
fitocromo q no respondían a la luz, se observa a la luz q no responden a ella pq siguen mostrando los síntomas
de oscuridad *no se − el crecimiento ! hipocótilo + grande, los mutantes no sintetizan Pr, por lo que sus
niveles son bajos y no se observa respuesta esto nos indica que no es la ! de los niveles de Pr sino el aumento
de Pfr lo que provoca la respuesta del fitocromo. El fitocromo está constituido por una parte proteica y un
cromóforo. La proteína es un dímero de 248 kDa, los monómeors se unen mediante un enlace tioeter gracias a
un resto Cys en la zona N terminal. En la forma Pfr es bte inestable. El cromóforo es el encargado de absorber
la luz, se trata de un tetrapirrol abierto denominado fitocromobilina q se sintetiza en plastos. La unión con el
péptido tiene lugar en el citoplasma y no necesita cofactores. Los mutantes hyp no responden a la luz y
presentan hipocótilos más largos y una posición cerrada de los cotiledones. Están afectados en la proteína pero
no en el cromóforo. El cromóforo necesita de la proteína para sufrir los cambios conformacionales. Se
produce una isomerización cis−trans en torno a un enlace C15=C16 La Pfr se vuelve así más abierta y
extendida siendo más accesible y por tanto más fácilmente degradable. Existen diferentes tipos de fitocromos
de tipo I (fitoI) o de tipo II (fitoII) Los fitoI están presentes principalmente en plantas etioladas siendo la
proporción fitoI/fitoII 9/1 mientras que en plantas a la luz esta proporción disminuye mucho (1/1) no por
aumento de fitoII sino por la disminución de fitoI. Las diferencias entre fitoI y fitoII se encuentran
simplemente a nivel de la proteína, pero no del cromóforo. En Arabidopsis se han encontrado 5 genes phyA,
phyB, phyC, phyD y phyE los dos primeros son los más activos, y phyA codifica para fitoI y phyB para fitoII.
phyA es + abundantes en monocotiledóneas en oscuridad, se − por la luz y se auto− (− su propia sint) phyB es
− sensible a la luz. La forma PhyAPfr es la más labil. Los niveles de fitocromo caen + rápidamente en
5
presencia de luz pq − su propia síntesis a la luz, se degrada más a la luz y pq parte pasa de Pfr a Pr. La
ubiquitina del fitocromo participa en el reconocimiento del sistema de lisisy en presencia de luz es + activa
(en el PhyA) El fitoII se sintetiza en mucho menor grado pero su sint es + continua, tanto a la luz como en
oscuridad, el fitoII es insensible a la luz en cuanto a su sint.
Para saber dónde se localizaba el fitocromo se utilizaron diferentes técnicas A) Espectofotométricas basada en
el espectro de absorción del fitocromo, restringida a plantas etioladas pq en las verdes la clorofila tb absorbe
en el rojo e interfieren. Se observó que la zona de +[] es el gancho plumular, en el 1º nudo y en el ápice de la
raíz mientras que en el resto la [] era baja ! hay más en las zonas meristemáticas no diferenciadas o en las que
recientemente fueron meristemáticas, esto es en los tejidos que pueden responder a cambios morfológicos.
B) Estudios con AB confirmaron los datos anteriores y se observó la distribución dentro de las clas y se vio
que se alojan en el citosol y en orgánulos como plastos y núcleo, se observó una distribución desigual según
estuviese en la forma Pr (de forma difusa por el citosol) o Pfr (agrupados en determinadas zonas q parecen ser
sitios de degradación)
C) Usando genes testigo, se coge el promotor del gen que nos interese estudiar y se le pone un gen testigo
(que nos indique dónde se está expresando) Se suele usar el gen de la glucouronidasa. Se trabajó con el
promotor phyA y luego con el promotor de phyB. Se observó que phyA era ++ activo q phyB en plantas
crecidas a la oscuridad y que está regulado de forma − por la luz. En phyB se observa menos transcripción
pero más constante y no se ve − por la luz. ¿Cómo son las respuestas inducidas en las plantas? Son muy
variadas pero en general observamos 2 tipos de respuestas. 1) Muy rápidas, referidas a eventos bq y 2)
Respuestas morfogenéticas, éstas necesitan previamente las respuestas de tipo 1. El tpo de latencia es el tpo
transcurrido desde que se irradia con luz hasta q se observa la respuesta. A) VLFR Respuestas a muy bajos
flujos. 0.1−50 nmolm−2 son suficientes para provocar este tipo de respuestas, basta que el 0.02% del
fitocromo esté en forma Pfr para poner en marcha este tipo de respuestas. En estas respuestas el rojo lejano
no revierte el efecto del rojo por lo que no es una respuesta típica del fitocromo (pq siempre habrá algo de
Pfr y es suficiente con el 0.02%). Cumple la ley de la reciprocidad y es por lo tanto inducible de igual forma
por flases cortos de luz intensa como por periodos largo de luz tenue. B) LFR Respuestas a bajas frecuencias.
Son las típicas respuestas del fitocromo y se inducen con luz en el rojo y son revertidas por luz en el rojo
lejano. Cumplen la ley de la reprocidad. En el espectro se observa un max de absorción en el rojo. C) HIR NO
ES UNA RESPUESTA AL FLUJO SINO A LA ALTA IRRADIACIÓN. Son respuestas a altas irradiaciones
durante tpo prolongado. No obedecen la ley de la reprocidad. Se activan estas respuestas cuando el 3% del
fitocromo está como Pfr. No se − por el rojo lejano (no son fotoreversibles). En el espectro se observa un pico
en el azul y otro en el rojo lejano. Las respuestas HIR en plantas etioladas se deben al phyA pero cuando la
planta es verde ! el phyA y ! phyB/phyA ahora la respuesta HIR depende del phyB. Así se habla de respuestas
HIR−R (dependen del phyB) e HIR−FR (dependen del phyA). A veces se observa la misma respuesta a LRF
como a HIR pero la diferencia está en que la respuesta a LRF puede ser revertida mientras que la respuesta
HIR no. Para ver la relación entre cada fitocromo y estas respuestas se usaron mutantes deficientes en la
proteína (parte específica de cada fitocromo, y no en el cromóforo q es una zona común a todos los
fitocromos) Se usó tb la sobreexpresión de estos genes. Los mutantes deficientes en phyA germinaban muy
mal, no germinaban al irradiar en rojo lejano a alta intensidad y germinaban poco en irradiación a flujos bajos.
El gen Cab q pertenece al complejo de antenas del PS está regulado por el fitocromo y no se ! el mRNA de
éste al irradiar con FR. Se ven mutadas las respuestas asociadas a flujos muy bajos VLFR y las que requieren
exposición continuada en el rojo lejano (HIR−FR).Si es el phyB el que se ve mutado las respuestas LFR e
HIR−R se ven alteradas. Las respuestas Las respuestas no reversibles son típicas del phyA y las reversibles
son típicas del phyB. Existe un papel antagonista del phyA y phyB, la luz en el rojo absorbida por el PfrB + la
deetiolación pero la luz en el rojo absorbida por el PfrA − la deetiolación, la luz continuada en FR y absorbida
por el PfrB − la deetiolación y la absorbida por el PfrA + la deetiolación. Las respuestas dependen tanto de los
niveles Pr/Pfr que tenga la planta y de la calidad de la luz que reciba más rica en R o en FR. Cuando la
plántula germina y sale a la luz el phyA es más abundante, posteriormente disminuye y ! la relación
phyB/phyA por lo que phyB ! su protagonismo. Si la planta crece bajo otras éstas filtran la luz del rojo y la luz
6
que pasa está enriquecida en FR, esto permite a la planta seguir creciendo y escapar de las condiciones de
sombra. Los síntomas de deetiolación se deben al phyA pero a la vez que actúa tb se degrada.
Estructura del gen que codifica par el fitocromo. phyA=. N'−C' phyB= N'−C'
Se hacen quimeras, N'−C' se observa mayor sensibilidad a la luz FR y es lábil, características similares al
phyA, N'−C' es más sensible al rojo similar al phyB. El extremo N' es el que posee las características q se
expresarán y darán el efecto. Para que se vea el efecto hay que expresar las dos partes del gen. Alteraciones en
la zona C' provocan una − de la respuesta en la zona encargada de la transmisión de la señal. La secuencia
PEST prolina glutamato serina treonina está relacionada con la degradación y aparece en phyA pero no en
phyB. Si se expresa sólo la parte N' (que posee la secuencia pest) se observa que es estable, para la
degradación se requiere algo q hay en la zona C' que es la ubiquitina, q es la zona de unión al péptido de
degradación. DIM zona de dimerización q se solapa con la zona de regulación.
Tipos de genes relacionados con los fitocromos; Genes de respuesta 1ª, se + o − su transcripción y para ello no
necesitan síntesis de proteínas sino q dependen de la acción directa de algún factor de transcripción. Algunos
codifican para factores de transcripción q a su vez regulan otros genes q se denominan de respuesta 2ª. Si se
añade ciclohexamida (− de la traducción)aparece el mensajero en los genes de tipo I pero no en los genes de
tipo II pq no se traducen los mRNA del 1º y por lo tanto no se sintetizan las prot reguladoras. En plantas se
observan 3 genomas, el cloroplástico, el mitocondrial y el nuclear siendo éste último el que ejerce el control
final en muchas características.
CONTROL MOLECULAR: Los genes cabI cabII phy rba5 son genes regulados por el fitocormo. Si tenemos
una serie de genes regulados por los mismos factores deberían presentar secuencias similares. Se conocen al
menos 3 secuencias de genes regulados por la luz, observando la expresión del gen se encontraron una serie
de 2º mensajeros. Ca+2 ProtG cGMP y Ca+2/CaM. Las protG están relacionadas con la transmisión de
señales, asociada a receptores localizados en la MP. Una señal externa es detectada por un receptor y esa señal
es transmitida hacia el citoplasma, se trata de una proteína trimérica con 3 péptidos diferentes, la subunidad
unida a GDP se une a ésta una protG y el GDP se reemplaza por GTP, la subunidad se desprende del
restouniéndose a la adenil ciclasa q sintetiza cAMP q es un mensajero ya en el citoplasma. Se usaron los
mutantes de tomate aurea alterados en el cromóforo para estudiar la transcripción de la señal. Partiendo de
mutantes que no tienen phy activo o q sus niveles son muy bajos, se puede recuperar el fenotipo de la var
silvestre introduciendo por microinyección los diferentes componentes a las clas, cuando se inyecta phyA
responden a la luz y las clas son = q los de la var silvestre. En ausencia de luz, cuando se inyecta la protG se
puede obtener obtener este mismo efecto anterior si ade+ se inyecta Ca+2/CaM. Cuando se usan − de cGMP o
de Ca+2/CaM no se observa el efecto, se puede separar el efecto de Ca+2 y cGMP. Si se añade cGMP se
observa acumulación de antocianinas pero el desarrollo de los plastos es incompleto. Por otro lado cuando se
añade Ca+2 encontramos q no hay acumulación de antocianinas pero que sí hay un mayor desarrollo de los
cloroplastos. Tenemos por lo tanto dos rutas, para la síntesis de FNR (fenolcloxinaNADreductasa) hace falta q
estén operativas las dos rutas (cGMP y Ca+2/CaM) sino no se ve actividad en este enzima. La cla es
autómata, no necesita factores externos para poner en marcha la ruta de transmisión de la señal. Esto permite a
las plantas conocer las condiciones en relación a la luz y poner en marcha estrategias para captar la max
cantidad de luz y que su fotosíntesis sea más eficiente.
luz! Pfr ! ProtG ! Ca+2 ! Ca+2/CaM ! +Cab (complejo antena)
!!
chs ! cGMP ! FNR ! !
Mutantes en Arabidopsis det y cop !las plántulas en oscuridad completa present caract de las expuestas a luz,
la fotomorfogénesis es constitutiva (desarrollo típico de las plantas crecidas a la luz) y no luz para ser
7
inducida. En oscuridad !apertura de cotiledones, − del alargamiento del tallo, síntesis de antocianos y
expresión de determinados genes que normalmente están controlados por la luz. A partir de estas
observaciones se considera que en las plantas normales la fotomorfogénesis es − por los productos de los
genes DET y COP y que la luz elimina esta represión !la actividad de dichos productos. En los mutantes la −
de la fotomorfogénesis no está presente y por lo tanto las plántulas no exhiben el patrón típico de
escotomorfogénesis. El gen COP1 codifica para una proteína que combina una serie de zonas que son
características de interacciones proteína−proteína. Se han identificado factores de transcripción que pueden
asociarse al producto del gen. La luz − el producto COP1 y así se elimina la − impuesta por COP1. La − se
produce en una etapa posterior a la traducción ya q el mRNA de COP1 y los niveles de proteína COP1 no se
afectan por la luz. La localización subcelular de COP1 sí responde a la luz. En oscuridad COP1 se ubica en el
núcleo pero a la luz hay + cantidad en el citoplasma.
T5 Floración Fotoperiodo Vernalización Regulación hormonal Control molecular
La mayoría de las plantas no florecen tras germinar sino q pasan por un periodo previo de crecimiento. Todas
o parte de las yemas vegetativas se transforman en yemas florales. Existe un cierto control interno de la
floración. La planta requiere de un cierto porte par florecer y condiciones adecuadas. La floración puede ser
autónoma (independiente de fact externos) o estar condicionada por factores externos.El fotoperiodo es la
relación relativa entre las horas de luz y las horas de oscuridad y la vernalización es la neecesidad de frio. No
todas las plantas son igual de sensibles a estos requerimientos y cuanto mas viejas son menor es el
requerimiento de factores ambientales adecuados. Los dos factores anteriores son estacionales, eso le permite
a la planta determinar el momento + adecuado para que tenga lugar la floración y sincronizrala para facilitar la
fecundación cruzada y asi la supervivencia. Las plantas de día corto (requieren un periodo de oscuridad mayor
o igual a un mínimo) son las más estrictas en cuanto al fotoperiodo. Por el contrario las plantas de dia largo
requieren para florecer un periodo oscuro menor o igual a un máximo. La calidad de luz de la última radiación
es lo que hace que florezca o que no. Si se sobrepasa el nivel crítico de oscuridad las de día largo no florecen
pero las de corto sí. Si se interrumpe el periodo de oscuridad con luz roja florecen las de día largo, el efecto es
revertido por la exposición la luz FR y florecen las de día corto, es un efecto similar al del fitocromo. El
receptor está en las hojas y basta un pequeño estímulo en un lugar puntual de la hoja para que se transmita por
toda la planta incluso hasta a los injertos, siendo la v de este transporte similar a la v del floema. Se creyó q
era una hormona la que controlaba la floración y se le denominó florígeno, pero aun no se ha aislado. Una vez
inducido el carácter es permanente. Algunas plantas que crecen en rosata basal al aplicar giberelinas florecen
en condiciones no inductivas, pero no es así en todos los casos por lo que no se puede decir que GAs =
florígeno.En la detección del estímulo del fotoperiodo está involucrado el fitocromo.
La vernalización es el requerimiento de frío, las tª + efectivas son 1 − 9 ºC. El momento de requerimiento de
frío varía, unas lo requieren durante la germinación y otras cuando poseen cierto desarrollo foliar. El ápice es
la parte de la planta que requiere pasar frío, cuantos más días de frío más efectiva es la venalización. Durante
un cierto período de tpo se puede revertir el efecto de la vernalización.El estímulo es transmitido por una sust
de cla a cla y capaz de llegar tb a los injertos, no es sintetizada en una zona y transportada a otra. Unas
requieren ambos estímulos, otras sólo uno de ellos y algunas no requieren ninguno de los dos. Las GAs
sustituyen el requerimiento de fotoperiodo en plantas q crecen en roseta basal y tb en algunas de día corto, en
otras es capaz de sustituir la vernalización. En las plantas de día corto la GA1 ! la long del tallo y la GA32 ! la
floración. En condiciones de día largo se ! las GAs +. Se postuló q la vernalización está relacionada con la
desmetilación del DNA. Se observó q algún ecotipo se adelantaba a la floración por frío y este mismo efecto
se observó al añadir 5−azacitidina q desmetila el DNA. Esto nos suguiere q el tratamiento con frío !
desmetilización de determinados genes q permiten q se expresen.
¿Cómo se desarrollan las flores? (Todo para Arabidopsis) Tras la germinación es necesario un desarrollo
vegetativo pq es necesario un determinado porte para florecer, los primeros días se desarrollan 12 fitómeros
8
(estructuras constituidas por una hoja con su yema, el nudo y el entrenuddo) Los entrenudos no se alargan los
q provoca q se forme una roseta basal. Tras la llegada del estímulo floral, producido en las hojas, a un
meristemo apical competente cambia el patrón de desarrollo del meristemo. Uno de los primeros efectos
observables es el aumento de la actividad mitótica, especialmente en la zona donde se generan los nuevos
primordios. El estímulo floral provoca un cambio en la identidad de los nuevos primordios que, en lugar de
meristemos axilares y hojas, van a generar meristemos florales. Al contrario q los meristemos axilares los
florales no cesan su desarrollo como respuesta a la inhibición causada por el meristemo apical, sino q da lugar
a flores. El desarrollo es acropétalo, las flores má jóvenes son las más proximas al ápice. Los órganos de la
flor presentan una estructura típica de brasicaces, con 4 verticilos (sépalos, pétalos, estambres y carpelos) A
grandes rasgos se puede decir q hay tres tipos de genes involucrados. 1) Genes responsables de la identidad
del meristemo floral, son los que inducen la formación del meristemo floral, que deje de ser axilar
(vegetativo) para ser floral (reproductor). APETALA1 (AP1) y LEAFY (LFY) también los genes APETALA2
(AP2) y CAULIFLOURES (CAL) Estos genes se han identificado a partir de mutantes. Es necesaria la
expresión de los genes LFY y AP1 para que el meristemo se desarrolle como floral, su papel es el de regular
la identidad del meristemo, y como cabría de esperar el producto de su expresión es un factor regulador de la
actividad de la transcripción, se supone que sobre aquellos genes cuyas funciones sean determinantes para
establecer el patrón de desarrollo de la flor. Los mutantes en el gen CAL no muestran diferencias con los
silvestres, pero si tb está mutado el gen AP1 el efecto de esta mutación se ve incrementada por la mutación en
CAL. En condiciones de día largo y con giberelinas se observa un ! de la actividad del gen LFY y
posteriormente se observa un aumento en la actividad del gen AP1. Otros genes actuan − la transición del
meristemo veget a floral, como es el caso del gen EMF (embrionic flower) q podría estar codificando para un
− de la transcripción del gen LFY o AP1. Si esta − desaparece se libera el bloqueo y se puede transcribir el
gen reprimido. 2) Genes catastrales, son genes homeóticos y son los que determinan el desarrollo de los
órganos florales, qué órgano se forma y dónde. Determinan qué ruta génica se ha de seguir en cada sitio, si
fallan estos genes las flores se verán alteradas y apareceran unos órganos en los sitios donde deberían de estar
otros. Se pueden distinguir tres clases de de genes homeóticos, según las consecuencias de su mutación, el
grupo A provoca cambios de identidad en los verticilos 1 y 2 (cáliz y corola). Estos mutantes diferencian
carpelos en lugar de sépalos y estambres en lugar de pétalos, los verticilos del periantio se transforman en
reproductivos. Uno de los genes afectados es APETALA2. Grupo B sus mutaciones causan cambios de
identidad en los verticilos 2 y 3. Se diferencian sépalos en lugar de pétalos y carpelos en lugar de estambres,
genes afectados APETALA3 y PISTILLATA. El grupo C, sus mutaciones, afectan a los verticilos
reproductores (3 y 4) porvocando cambios de identidad de estambres a pétalos y de carpelos a sépalos. Gen
afectado por la mutación AGAMOUS.
La identidad de los órganos presentes en los cuatro verticilos de la flor es consecuencia de la interacción de
tres funciones q se explican según el modelo ABC, en el q las funciones A y C se necesitan para determinar la
identidad de los verticilos del periantio (1 y 2) y los verticilos reproductivos (3 y 4). Ambas funciones serían
excluyentes y la ausencia de una de ellas en un mutante de tipo A o C, provocaría q la otra función pasara a
determinar la identidad de todos los verticilos de la flor. La función B permitiría diferenciar la identidad de
pétalos de la identidad de sépalos en el verticilo 2, así como la de estambres de la de carpelos en el verticilo
3.El modelo permite predecir el fenotipo de los dobles mutantes A y B, B y C o A y C. Todos estos genes
codifican para proteínas con estructura de factores de activación de la transcripción. La mayor parte de estas
proteínas presentan dominios de unión a DNA muy similares y pertenece a la misma familia de factores. Esta
familia de factores se ha denominado familia MADS, esta familia de proteínas se ha encontrado en todas las
spp vegetales estudiadas, participando siempre en la regulación de la identidad de los órganos florales, no se
descarta q otras prot de la misma fam reg otros procesos de desarrollo de las plantas.
T6 Desarrollo del fruto Crecimiento Maduración Climaterio Reg hormonal Control molec
En la mayoría de los frutos la división celular tiene lugar antes de la antesis, siendo clas poco vacuolizadas.
9
En el momento de la fecundación cesa la div clar. Normalmente el tamaño de los frutos depende de la
expansión clar y no de la div clar. Si no hay polinización no continua el crecimiento del fruto. ¿P q la
polinización permite el crecimiento del fruto? Pq el polen es muy rico en AIA. En las fresas el nº de semillas
está en relación directa con el tamaño del fruto. El desarrollo del receptáculo sólo tiene lugar donde hay
aquenios. El efecto de los aquenios se mimetiza añadiendo una auxina (AIA). En muchos frutos se ven dos
curvas sigmoideas y en algunos hasta 3. Cada fase se relaciona con una etapa de desarrollo de la semilla. 1ª
fase, relacionada con el desarrollo del endospermo, periodo caracterizado por la div clar. 2ª fase periodo de
alargamiento clar, durante el cual el fruto crece activamente y 3ª fase en la q el fruto cesa prácticamente su
crecimiento y madura. Se observan dos picos de AIA, pero no en frutos partenocárpicos.
En la composición de los frutos encontramos azúcares y ac orgánicos. En la 1ª fase hay más ácidos y en la
última + azúcares, siendo el almidón el más importante durante el crecimiento formando luego fructosa,
sacarosa y glucosa. Los ac orgánicos más importantes son el málico, tartárico y cítrico. El balance ac−azúcar
determina el sabor.
Durante la maduración se observan reacciones de destrucción de cloroplastos y degradación de clorofilas con
formación de carotenoides, los cloroplastos pasan a cromoplastos. Se aumenta la actividad de enzimas
hidrolíticas y la degradación de almidón proporciona niveles altos de ATP por oxidación de los azúcares,
aumenta la transcripción y traducción de determinados genes y de mRNA .
MADURACIÓN Se define como el conjunto de cambios externos, de sabor y textura q un fruto experimenta
cuando completa su crecimiento. Esta fase del desarrollo del fruto incluye procesos como la coloración del
pericarpo, el descenso del contenido de almidón, el incremento de la [azúcares], la reducción de la [ácidos], la
pérdida de firmeza, etc. A efectos del proceso de maduración es posible agrupar a los frutos en dos grandes
grupos, según su comportamiento fisiológico, unos acumulan almidón durante el crecimiento y en la
maduración lo hidrolizan a glucosa y fructosa sobretodo, como ello exige una gran cantidad de energía, se
produce un gran aumento de la respiración. Otros acumulan directamente monosacáridos durante el
crecimiento y durante la maduración no incrementan significativamente su tasa respiratoria. Los 1º se los
denomina climatéricos (tomate, kiwi, manzana, pera, plátano, melón...) y los 2º no climatéricos (cítricos,
cereza, aceituna, etc.). La diferencia más notable entre la maduración de los frutos climatéricos y los no
climatéricos está en el reblandecimiento de los tejidos y su evolución. Los constituyentes más importantes de
las paredes clares son celulosa, hemicelulosa, proteinas y sust pécticas. Los compuestos pécticos insolubles en
la lámina media son los responsables de la cementación entre clas y por tanto confieren consistencia al tejido.
El reblandecimiento progresivo de los frutos durante la maduración es consecuencia de la solubilización
gradual de estas pectinas, lo que reduce la cohesión del tejido. La enzima pectilmetilesterasa facilita la pérdida
de los radicales metilo unidos a los carboxilos del galU de las pectinas y a continuación la poligalacturonasa
(codificada por el gen TOM6)hidroliza los polímeros de ac poligalacturónico. Esta última enzima no se
encuentra en el fruto hasta la maduración y cuando se inicia ésta es sintetizada de novo por ello se sugirió que
su aparición constituiría el pto de partida de la maduración de los frutos climatéricos, al inducir el resto de
componentes del proceso. En mutantes de tomate incapaces de madurar, la actividad poligalacturonasa es
inexistente, pero el hecho de que en presencia de etileno maduren, indica q el origen del proceso de
maduración no es tal enzima sino el etileno. La actividad poligalacturonasa comienza después de iniciarse la
síntesis de etileno.
El etileno es la hormona de la maduración. Todavía existen serias dudas sobre si el etileno es el iniciador del
proceso o si simplemente lo acelera. Pero no hay ninguna duda de su relación con la maduración. Así si el
etileno q desprenden los frutos climatéricos almacenados se elimina, éstos madurarán + lentamente. Los
tratamientos con sales de plata − de la síntesis de etileno bloquean la maduración de muchos frutos
climatéricos incluso cuando el proceso ya está avanzado. La aplicación de etileno exógeno en frutos
climatéricos promueve su maduración, precisando mayor [] cuanto + joven sea el fruto. Otros frutos como la
fresa son insensibles al etileno exógeno o a sus antagonistas, pero maduran tras la aplicación de auxinas,
sustancias q promueve la síntesis de etileno. Por tanto, todos los frutos, climatéricos o no, responden a la
10
presencia endógena o a la aplicación exógena de et. Se puede afirmar entonces q el et es la hormona de la
maduración. La aplicación de etileno a frutos verdes de tomate inducía la síntesis de ACC−oxidasa (ACO)
codificada por el gen TOM13, es decir, la síntesis de et puede ser promovida por el propio etileno
(SAM!(ACS)!ACC!(ACO)!etileno) el control de esta reacción se encuentra en la ACS pq la ACO no es
limitante. Los bajos niveles de et + algunos genes que codifican para la ACO. Tanto la ACS como la ACO
están codificadas por familias multigénicas, se conocen diferentes genes ACO regulados de diferente forma y
se observan ACS inmunológicamente diferentes. En los frutos no climatéricos no se ! la síntesis de etileno en
la maduración, no se observa efecto autocatalítico, pero si lo hay en repuesta a heridas, existen por lo tanto
dos sistemas de control para el et; uno universal en todo tipo de plantas y órganos y otro sólo en frutos
climatéricos. En frutos no climatéricos falta la respuesta autocatalítica del et en la maduración pero no falta el
sist de síntesis Este proceso autocatalítico es privativo de frutos climatéricos y el responsable del aumento
espectacular en la producción de etileno q tiene lugar en estos frutos durante su maduración. La maduración
de los frutos se ha asociado a la acumulación de prot específicas, ello implica cambios en la expresión génica
y en el espectro de prot sintetizadas. Se han visto 3 clases de mRNA durante la maduración, unos q se
mantienen ctes otros q disminuyen y otros q aumentan, entre los q aumentan se encuentra el mRNA q
codifican enzimas conocidas como la poligalacturonasa, cuyo mRNA ausente en los frutos verdes comienza a
detectarse cuando se inicia la síntesis de et y aumenta sensiblemente a los 3 ó 4 días de iniciada la producción
masiva de éste. Sin embargo la aplicación de etileno a frutos verdes de tomate no provoca acumulación del
enzima, lo q indica q la actividad del gen responsable de su síntesis requiere la presencia de etileno y de
otro(s) factor(es) ausentes en los frutos verdes (hay un periodo durante la maduración en el cual el fruto es
sensible al etileno, antes o después no lo es). En la regulación de la maduración tb intervienen otras hormonas
y se ha sugerido q la maduración es el resultado de la interacción de promotores e inhibidores. Así los frutos
recolectados verdes no maduran con normalidad, incluso si se tratan con etileno, evidentemente requieren su
conexión a la planta para completar su maduración. Los frutos q han completado su desarrollo maduran más
lentamente si permanecen en el árbol; es decir, la presencia de inhibidores retarda el proceso. Las hojas
contiene inhibidores q se transportan hasta el fruto vía floema. La [ABA] ! en los frutos al final de su periodo
de crecimiento o durante la maduración de todos los frutos, y su aplicación exógena lo promueve. El
contenido en ABA aumenta en los tejidos osmóticamente estresados por salinidad, q maduran antes. Se ha
sugerido q el ABA es la hormona promotora de la maduración en los frutos no climatéricos pero actualmente
no hay datos q respalden esta hipótesis.
El mutante rin no produce etileno ni responde a él se observa una − de la maduración y no se observa
actividad poligalacturonasa. Mediante la técnica del antisentido (se introduce un gen q codifique para un
mRNA de sentido contrario al del gen que nos interesa q no se exprese, estos mRNA hibridan evitando la
traducción del mensajero y con ello ! la síntesis de la proteína) se han conseguido bloquear en tomate la
síntesis de ACC−sintasa (ACS) con lo que no se sintetiza etileno y no se produce la maduración, también se
consiguieron tomates con mínima actividad poligalacturonasa o pectilmetilesterasa. Cuando se bloquearon las
poligalacturonasas se vio q la pared se ablandaba, q cambiaba su textura, lo q indica q la poligalacturonasa
tiene un papel pero q no es el único responsable. Las expansinas en particular Exp1 se encontró en frutos de
tomate y su expresión está asociada a la maduración. En tomates madurando en la planta no aparecen niveles
de mensajero. Al comenzar el cambio de color se observa un aumento importante. Cuando se les añade etileno
o si lo hay en el aire se empieza a transcribir este gen antes y se observa antes el mensajero. Si los frutos se
ponen al aire con NPB (antagonista del etileno) apenas se observa transcrito. Las expanxinas tiene una
relación con la maduración de en la síntesis de poligalacturonasas. En fresa (no climatérico) no se observa
influencia por el et. EL mensajero de FaExp2 se observa sólo en el receptáculo cuando éste está muy maduro
pero no en otras zonas. En fresas las auxinas retrasan la maduración más a nivel del gen FaCel1 y no tanto a
nivel del FaExp2 La expansina rompe los ptes de H+ entre la celulosa y el xiloglucano premitiendo el acceso
de otras proteínas degradativas. El tomate flavu savu posee ! niveles de poligalacturonasa (hasta el 90%) y así
permite una mejor manipulación pq son + resistentes y no sufren grandes cambios texturales.
La fitoenosintasa (PSY) es el 1º paso en la síntesis de carotenoides (GGPP!(PSY)!!licopeno! −caroteno). Los
tomates q no sintetizan licopeno poseen color amarillo. Hay mutantes amarillos cuya mutación afecta al gen
11
PSY. La naringerina es un flavonoide q da color amarillo, si los frutos sintetizan licopeno enmascaran al
amarillo con el rojo. En tomates se introducen muchas copias del gen PSY para q sean no más rojos sino más
ricos en nutrientes (−caroteno). Zonas blancas, efecto debido a la ecosupresión (= efecto que gen
antisentido) Enanismo, pq el GGPP se pasa rápidamente a −caroteno y ! su disponibilidad como sustrato de
tras rutas IPP!!GGPP!20 carbonos !GAs (cíclicas) y fitol (lineal) Se ! la síntesis de GAs.
T7 Desarrollo de la semilla Embriogénesis Acumul reservas Control hormonal Dormición
Morfología: constituida por el embrión, endospermo (excepto en dicotiledóneas) y testa. El embrión con eje
embrionario (plúmula da lugar a la parte aérea + radícula que da lugar a la raiz) y cotiledones (excepto en
gramíneas).
Composición: Menos del 20% es agua, están muy deshidratadas. Acumulan reservas en forma de
carbohidratos (en gramíneas fundamentalmente almidón), lípidos y proteínas clasificadas según su
solubilidad, albúminas solubles en H2O, globulinas solubles en disol salinas, prolaminas solubles en alcohol y
glutaminas solubles en ac o álcalis diluidos. Prolaminas exclusivas de cereales y glutaminas ppalmente en
gramíneas, las globulinas sobretodo en dicotiledóneas.
Los fenoles están involucrados en la dormición. La acumulación de reservas, el cese del crecimiento de los
tejidos y la entrada en el estado de cese del metabolismo (dormición) son procesos encaminados a la mayor
supervivencia de las spp y a la mejor adaptación a condiciones adversas. Las semillas deben dispersarse y
colonizar nuevos ambientes. Las semillas poseen una viabilidad muy variable, unas lo son durante días y otras
durante años, a medida que pasa el tpo las semillas pierden viabilidad. Se observan diferentes fases en la
formación de semillas.
Zigoto ! Embriogénesis (GAs, CKs, IAA) !acumulación reservas ! desecación ! Germinación (GAs) !
plántula, Maduración (ABA) = acumulación de reservas + desecación.
Lo 1º q se produce es la formación del embrión y la acumulación de reservas. Luego se completa la formación
de la semilla (maduración), se acumulan reservas y alcanza el tamaño máximo y pierde agua (desecación) !
peso y entra en estado de dormición. Tras la fase de dormición germinan dando lugar a una plántula. Actúan
diferentes tipos de hormonas según la fase. En la embriogénesis inicial hay una alta actividad mitótica con !
niveles de CKs, se ! el nº de clas. En la embriogénesis media predomina el aumento de tamaño, la elongación
de las clas por lo que ! los niveles de auxinas y luego caen. En la embriogénesis tardía hay un alto nivel de
GAs que participan en la movilización de reservas ppalmente en cereales. En este periodo aparece la capa de
aleurona, pero sin GAs (las GAs movilizan las reservas hacia la degradación, pero aquí no se observa ese
efecto pq no están en la capa de aleurona, sino en otros sitios promoviendo no la síntesis de enzimas
hidrolíticos sino el ! de tamaño de las clas). Al final de la embriogénesis empiezan a ! los niveles de ABA, q !
el periodo de desecación, en algunas spp se observan dos picos de ABA, el 1º es ABA importado de la planta
y el 2º es propio del embrión (origen cigótico), posee un papel fundamental en la acumulación de reservas. ¿Q
datos nos hacen pensar en que el ABA tiene un papel aquí? 1º los niveles de ABA q se encuentran en la
semilla son capaces de provocar efectos [] 1−10 M. Las semillas con niveles bajos de ABA presentan una
germinación precoz. Si se toman los embriones antes de que se acumulen las reservas (etapa media de la
embriogénesis) y se incuban en un medio adecuado, el embrión es capaz de germinar, el potencial de germinar
ya está presente en estos embriones mucho antes de que se forme la semilla. El q acumule reservas permite
una mayor fte de energía y de nutrientes cuando tengan q germinar para dar una plántula. Es necesario evitar q
el embrión germine en la plantamadre pq potencialmente podría hacerlo. A partir de q acumulen las reservas y
se desequen les está permitido germinar. Lo q evita la germinación en la planta madre es el ! de ABA, los
mutantes vp (vibiparismo) son deficientes en ABA o insensibles a él y germinan en la planta madre (− de
carotenoides). El ABA tb tiene que ver con la dormición de semillas. Posee una doble función 1ª en la fase de
12
maduración + el desarrollo de la semilla (acumulación reservas) existen proteínas cuya síntesis depende del
ABA (LEAS). 2ª en la fase de germinación inhibe la germinación. Embriones expuestos durante 5 días a ABA
aumentan de tamaño pero no germinan y tras 5 días sin ABA no ! de tamaño pero germinan. Existen mutantes
a todos los niveles, no cierran estomas, no responden al estrés hídrico, se secan rápido, afectada la
germinación (vibiparismo), otros sólo afectan a un nivel. Vp1 afectado a nivel de la transmisión de la señal,
reconocimiento de ABA Vp2,3,... se observan ! niveles de ABA pero si se le añade ABA exógeno responden
perfectamente. EN Arabidopsis el gen ABI1 − la transducción de la señal (se ven afectadas fosfatasas y
kinasas) El ABA induce la transcipción de determinados genes, unos inducen la movilización de reservas
otros son genes LEA (abundantes en embriogénesis tardía) La síntesis de proteínas LEA está restringida a la
fase final de la embriogénesis. Son proteínas muy hidrofílicas, son básicas con ! contenido en Gly y Lys y
bajo contenido en a ac hidrófobos. Quizá su papel está en la resistencia a la desecación pq son muy similares a
los q aparecen en los tejidos en respuesta al estrés hídrico (estrés en el que tiene un papel importante el ABA).
Otras proteínas q se sintetizan son las Em (se desconoce su papel) son proteínas q responden a ABA por lo q
en su promotor deben existir una zona q reconozca el ABA, regulación temporal y espacial, ¿cómo se
identifican estas secuencias? Son secuencias q deben reconocer bien prot reguladoras o factores de
transcripción, relacionadas con el ABA. Pueden ser + o − de la transcripción dependiendo de la regulación.
Hay dos tipos de genes según el promotor q posean, unos son constitutivos, la transcripción es continua, no
existen factores regulables y otros son inducibles, sólo se transcriben en det condiciones, en su promotor tiene
q haber algo q responda o reconozca a esa inducción, además pueden haber factores q induzcan una mayor o
menor transcripción. Debemos buscar el sitio responsable de la unión a ABA, el lugar responsable de esta
especificidad, ojo no es q el ABA se una a esa secuencia no tiene pq ser un efecto directo! Se usa un gen
testigo y el promotor del gen q nos interese estudiar. Como gen testigo podemos usar el de la luciferaza o el de
la glucouronidasa. Si quisiéramos estudiar el producto de un gen le pondríamos un promotor constitutivo
como es el CaMV (virus del mosaico) q es un promotor 35S, constitutivo y q se expresa mucho y
continuamente. La zona ABRE es suficiente para conferir respuesta al ABA y hace q la expresión del gen se
aumente mucho en presencia de ABA. EL 5'UTR es un potenciador de la transcripción.
T8 Germinación Movilización de reservas Control hormonal Control molecular
La germinación es el proceso q se inicia con la toma de agua por parte de la semilla seca (imbibición) y
termina cuando una parte de ésta (eje embrionario en dicotiledóneas o radícula en monocotiledóneas o
gimnoespermas) se extiende y atraviesa (emergencia) las estructuras q la rodean. Los factores q la afectan
pueden ser intrínsecos (viabilidad de las semillas) o extrínsecos como A) el agua, es importante pq el primer
proceso es la imbibición depende de 1) la composición química de las semillas es diferente q la semilla tenga
una alta [lípidos] q [proteínas], 2) pemeabilidad de la cubierta seminal, obviamente no es lo mismo poner en
remojo un guisante q una bellota 3) disponibilidad de agua en el medio. El de las semillas secas es de −100
MPa. B) La Tª, factor muy variable, en algunos casos se requier alternancia de Tª en otros basta una Tª cte. C)
Aireación, el oxígeno es necesario para la respiración, es muy importante tb el intercambio gaseoso, q limita
mucho la entrada de oxígeno a los tejidos seminales. En la mayor parte de los casos va a depender todo de la
cubierta seminal. En una semilla no durmiente la germinación comienza por una entrada masiva de agua a
favor de gradiente, tanto esté la semilla viva como muerta, es un fenómeno no biológico sino físico. Se puede
hablar de diferentes fases; 1º imbibición, en esta fase se observa un pérdida de solutos hacia el medio, no hay
una selectividad en las mb pq no tienen organización al estar deshidratadas (cristalinas y no tipo gel como las
normales). Al entrar el agua las mb están desestructuradas y el agua entra y sale arrastrando todo tipo de
moléculas pero las mb se reestructuran y cesa la pérdida de solutos. 2º Comienza la respiración, en las
semillas normalmente hay muy pocas mitocondrias y no están muy estructuradas, son funcionales pero menos
diferenciadas, algunas semillas son capaces de reparar las mitocondrias para q sean completamente
funcionales, pero otras sintetizan nuevas. En este momento es muy importante el ciclo de las pentosas fosfato.
EN el primer momento se produce etanol por respiración anaeróbia debido a la falta de oxígeno. Se observa
síntesis de proteínas a costa de los mRNA acumulados, si se añade un − de la transcripción la síntesis de prot
no se ve afectada pq en un primer momento se sintetizan a partir de los mRNA, algunos mRNA se degradan
rápidamente. El primer signo de germinación es la emergencia de la radícula, la germinación son todos los
13
eventos previos a la emergencia de la radícula. Esta emergencia es debida a la elongación más q a la división
celular. Se observa en este momento una segunda entrada de agua pq se rompe la cubierta impermeable.
También se observa un aumento de la respiración. La movilización de reservas es posterior a la germinación.
Está más estudiada en la cebada. El control de la movilización de reservas lo lleva el embrión a través de las
GAs, si se retira el embrión y se añaden GAs se mimetiza el efecto del embrión, el embrión es la fuente de
GAs, inducen la síntesis de proteínas capaces de degradar sustancias de reserva. En la capa de aleurona se
sintetizan las enzimas hidrolíticas q realizarán su función en el endospermo, movilizando las reservas que alli
se encuentran. Se degrada el almidón, las proteínas, estos productos van hacia el embrión donde se
metabolizan. En la capa de aleurona se observa una respuesta de hidrolasas, a) enzimas del metabolismo de
fosfolípidos, se observa un cambio rápido en la actividad pero no en la cantidad, amilasa aumenta su síntesis
de novo y su secreción hacia el endospermo glucanasas, fosfatasa ácida, si no hay GAs aumenta su síntesis
durante esta fase, pero las GAs estimulan este incremento y se sintetizan muchas más. Xilosidasa,
arabinoxidasas, la actividad es constante cuando no hay GAs y aumenta en su presencia. La amilasa rompe
el enlace (1!4) de la amilopectina y de la amilasa. Las destrinasas son las encargadas de romper el enlace
(1!6) q se produce en los ptos de ramificación. La amilasa inicia la degradación del almidón, una vez q ella
ha comenzado ya son capaces de actuar otros enzimas (amilasa). Si la amilasa está con almidón éste no es
degradado hasta q no empiece la amilasa. GAs sintetizadas en el embrión van a la capa de aleurona donde se
activa la síntesis de enzimas hidrolíticos amilasa principalmente, estos enzimas van al endospermo donde se
hidroliza el almidón, los productos de degradación (glucosas) son transportados al embrión donde se obtiene
energía. El ABA − la síntesis de amilasa pero no su actividad, la GA3 es un inductor mientras q el ABA es
antagonista de la GA3. Para la síntesis y secreción de amilasa es necesario el Ca+2. Aparecen diferentes
isoenzimas de la amilasa estos isoenzimas se pueden deber a cambios postraducionales o a síntesis por
diferentes genes. Las proteínas poseen características diferentes y responden de forma diferente a las GAs.
Las q poseen un pto isoeléctrico bajo Son independientes de la secreción de Ca, son insensibles por tato al
EDTA, q es un agente quelante del Ca. Estables a pH bajo, sensibles a grupos reactivos −SH y se − por
cationes de metales pesados, son + eficientes en la hidrólisis de gránulos de almidón y los genes para estos
enzimas se localizan en cromosomas diferentes. Las de pto isoeléctrico alto son dependientes de la secreción
de Ca por lo que son − por EDTA, muestran una mayor actividad específica, son insensibles a grupos
reactivos −SH y a cationes o metales pesados. En cebada se localizan en el cromosoma 6.
Genes q codifican para la amilasa.
La amilasa es una metaloproteína glicosilada q contiene Ca q se requiere para estabilizar y activar la enzima,
pero no interviene en la transcripción de su mRNA. Se han encontrado 3 intrones (sec q no se traducen) Las
secuencias 1 y 3 aparece en todas y la 2 sólo en algunas. La secuencia q puede ser responsable de las respuesta
a GAs se denomina GARC o GARE Caja Pirimidina, Caa TAACAAA caja TATCCAC mutando cada uno de
ellos, con mutaciones puntuales vemos q disminuye la respuesta pero q nunca se anula, es necesario mutar las
3 cajas, actuan de forma cooperativa, no se puede decir q sólo una sea la responsable. Tb se han identificado
factores de transcripción, ¿cómo los podemos reconocer? Aislamos el gen y lo ponemos en diferentes estratos
p ej un estrato de la capa de aleurona. Ahora lo ponemos a correr en una electroforesis, y el q menos migre
será pq está unido a algo pq todo el DNA es igual, suponemos q si ha sido una unión específica la proteína q
se ha unido al gen ha sido una proteína reguladora y q se ha unido al lugar del promotor q la reconoce. Pero lo
q indica realmente es que en ese estrato hay algo capaz de unirse a ese gen, nada más, pq puede ser una unión
inespecífica. Puede q sea una proteína ya existente q en ausencia de GAs no es capaz de unirse al promotor
del gen o puede tratarse de una proteína q se ha sintetizado de novo inducida por la presencia de GAs. Las
GAs pueden hacer q se exprese un gen q codifique para una proteína q denominamos factor f capaz de unirse
al promotor de la amilasa e inducir su síntesis (vía indirecta, gen 2º) o bien que la GA aumente la afinidad de
este factor f q estando presente ya en el medio esta inactiv. La cicloheximida es un − de la traducción Si al
inhibir la traducción sigue habiendo efecto la vía de regulación sería la directa. En el caso del ABA no se
requieren síntesis de proteínas para − el efecto puede ser q aumente el efectodel factor de inhibición o q
impida la unión del factor f de activación. En vez de hacer la electroforesis normal podemos hacerla con una
exonucleasa q digiere el DNA, si el DNA está unido a algo esa parte no se digiere y correrá de forma diferente
14
q el DNA sin exonucleasa.
13
15