Papel del PIB en el crecimiento

CRECIEMIENTO Y DESARROLLO
PAPEL DEL PIB EN EL CRECIMIENTO DE LA
PLANTA
Sara Cabrero de las Heras
Andrea Llorente Pascual
Diego Martín Sánchez
Pablo Sangil Pérez
Adriana Segovia Ramón
Fisiología Vegetal
Índice:
1.
2.
3.
4.
Introducción……………………………………………………………………………… 1
Actividad enzimática…………………………………………………………………. 5
Transporte al núcleo y regulación……….…………………………………….. 10
Auxinas y Arabidopsis……………………………………………………………….. 15
Sara Cabrero de las Heras → Presentación
Andrea Llorente Pascual → Transporte al núcleo y regulación
Diego Martín Sánchez → Introducción
Pablo Sangil Pérez → Auxinas y Arabidopsis
Adriana Segovia Ramón → Actividad enzimática
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Fisiología Vegetal
1. INTRODUCCIÓN
Los fitocromos (phy) es una familia de fotorreceptores con competencias en la
fotomorfogénesis que permiten optimizar el crecimiento y desarrollo.
Estudios demuestran que el fotorreceptor (cromoproteína que se encuentra en disolución en
el citosol) cuando es activado por la luz se transloca al interior del núcleo donde se une a un
receptor glucocorticoideo integrándole en un sistema proteico que interacciona con los
factores de transcripción (FIP3) unidos a los promotores de los genes que median las
fotorespuestas de la planta.
Esta familia de fotorreceptores tiene importantes funciones en la germinación de las plantas y
su correcto desarrollo.
Los estudios demuestran que la activación por la luz del phyB y la translocación al núcleo son
necesarios para su función biológica. Una translocación artificial de phyB no activado al núcleo
no induce respuesta alguna, del mismo modo que una retención en el citoplasma del phy
activado tampoco.
Los fitocromos (phy) son codificados por una pequeña familia de genes PHYA y PHYE en
Arabidopsis, phy son una cromoproteína soluble en el citosol compuesto por un cromóforo
unido a un polipéptido capaz de cambiar de conformación por excitación lumínica, dando las
formas Pr o Pfr. Luz roja convierte Pr en Pfr; la luz roja lejana Pfr en Pf. La activación por luz de
formas Pfr desencadena un proceso de señalización interna que induce alteraciones en la
expresión de genes de la fotomorfogénesis. El sistema proteico GR es un sistema muy utilizado
para el control de la señalización de proteínas núcleo-citoplasma en el núcleo.
Vamos a estudiar el efecto de la exposición a la luz roja continua en individuos mutantes para
GR, o para mutaciones en el compuesto PhyB:GR; GRB1, GRB2, en presencia o ausencia del
esteroide dextrametasona (Dx) comparando la elongación del hipocotilo y el área de los
cotiledones.
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Fisiología Vegetal
Como vemos en las gráficas el phyB tiene competencias en cuanto a la elongación del
hipocotilo en repuesta a la luz roja, como vemos en ausencia de ella, oscuridad, (Dk) no se
aprecian diferencias, entre el control (WT) y los distintos mutantes, en exposición de la luz en
el mutante para GR vemos que su fenotipo no cambia, (ya que su unión phyB-GRmut da una
respuesta nula) sin embargo los mutantes para el compuesto phy-GR si experimentan
diferencias en la elongación ante la presencia o ausencia de Dx y su área de cotiledones como
nos muestra la gráfica A, B y C respectivamente.
La grafica E nos muestra la curva de dependencia que tiene cada mutante de Dx para
desarrollar un crecimiento normal del hipocotilo.
En vista de los resultados podemos deducir que el phyB tiene competencias en un buen
desarrollo de la planta, en concreto frente a la respuesta de la luz frenando la elongación del
hipocotilo y aumentando el área de cotiledones.
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Fisiología Vegetal
Debido a la fotolabilidad del fitocromo A sugiere que interfiere en las transiciones de oscuridad
a la luz como son las que ocurren durante la germinación de la semilla bajo tierra o en los
ciclos de noche-día. Mientras que el fitocromo B por su fotoestabilidad interviene en los
procesos regulados por luz roja / luz roja lejana.
Los estudios se realizaron en Arabidopsis y se centraron en la elongación del hipocotilo en
individuos mutantes para uno u otro fitocromo. La germinación reversible parece mediada por
los fitocromos A y B, de modo que el phy A se activa en luz roja lejana y oscuridad, promueve
la germinación y crecimiento de la planta, dando un fenotipo hipocotilo alargado pero carente
de clorofilas, color amarillento y sin desarrollo de los cotiledones y el phy B se activa con la luz
roja y frena esa elongación para dar paso al desarrollo de clorofilas y los cotiledones.
De lo que podemos deducir que solo hace falta un pulso de RL para desactivar las formas Pfr
activas del fitocromo.
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Fisiología Vegetal
2. ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Modos de acción de los Fitocromos
La actividad quinásica de los fitocromos es capaz de bloquear una vía de traducción de señales
para alterar el crecimiento y desarrollo de la planta: respuestas tempranas incluyen
alteraciones en los niveles intracelulares de calcio y calmodulina, y activación de proteínas G y
GMPs cíclicos. Estas repuestas tempranas pueden activar la expresión de factores de
trascripción como Hy5, un factor tipo b-Zip (domino básico con un cierre de leucina).
Mutaciones en Hy5 de Arabidopsis (hy5) tienen hipocotilos alargados, un fenotipo parecido a
los mutantes en fitocromo. Estudios moleculares han mostrado que los niveles de proteína
HY5 están regulados negativamente por la proteína COP1. Cuando plantas están crecidas en
oscuridad, COP1 está ubicado en el núcleo donde se une a HY5, y se lleva a esta proteína al
proteosoma para su degradación. En cambio, en la presencia de luz, COP1 está ubicado en el
citosol, así los niveles de HY5 en el núcleo están aumentados y pueden activar la expresión de
genes río abajo de HY5.

Actuación del fitocromo a través de rutas de transducción de la señal
Se ha demostrado que la señalización implica diferentes mecanismos que incluyen proteínas G,
Ca+ y fosforilación:
-
-
-
Las proteínas G y el Ca+: las rutas que incluyen proteínas G están generalmente
asociados a membrana, tienen tres subunidades diferentes y una de ellas una GDP o
GTP. Su hidrólisis es fundamental para la regulación de la proteína G. después de la
etapa de las proteínas G, hay al menos dos rutas de ramificación. Una de las rutas (la
expresión génica y el desarrollo del cloroplasto) requiere calcio y calmodulina; la otra
(la síntesis de antocianinas) es independiente de calcio.
Las rutas ramificadas, asimismo, se pueden distinguir por los elementos reguladores y
los intermediarios de señalización. Estudios recientes han demostrado que el GMPc
puede actuar como segundo mensajero en la acción del fitocromo. Sin embargo la
participación de las proteínas G en el fitocromo es todavía controvertida, muchos
genes clave no se han identificado todavía en los genomas vegetales y los niveles de
GMPc en plantas son muy pequeños.
Fosforilación: la implicación de la fosforilación en la acción del fitocromo se ha
comprobado a partir de la regulación de la fosforilación proteica por la luz del rojo y
por la unión de factores de transcripción a los promotores de genes regulados por el
fitocromo.
Quinasas: son enzimas que tienen la capacidad de transferir grupos fosfato desde el
ATP a aminoácidos como la serina o la tirosina o bien a otras proteínas. Las quinasas
son frecuentes en las rutas de transducción de la señal en las que la adición o
eliminación de grupos fosfato regula la actividad de la enzima.
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Fisiología Vegetal
Hoy en día se sabe que el fitocromo es una proteína quinasa. Los fitocromos bacterianos son
histidinas quinasas dependientes de luz que funcionan como sensores proteicos que fosforilan
a las correspondientes proteínas reguladoras de la respuesta. En plantas superiores son
serinas/treoninas quinasas
Una posible diana es la proteína citosólica llamada llamada sustrato 1 de la proteína quinasa o
PKS1 que puede aceptar un fosfato de phyA. La fosforilación se produce sobre serinas y con
menos frecuencia sobre treoninas. PKS1 Puede funcionar regulando negativamente los efectos
mediados por phyB.
Otra proteína quinasa asociada con el fitocromo es la nucleósido difosfato quinasa 2 o NPK2.
Se ha encontrado que el fitocromo A interacciona con esta proteína y duplica la actividad
quinasa cuando está en forma Pfr. Como NPK2 se encuentra tanto en el núcleo como en el
citosol, la localización principal del sitio de acción no está clara.
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Fisiología Vegetal
La siguiente figura muestra las interacciones de ambos fitocromos, phy A y phy B en el interior
de la célula:
Complejos purificados de Fitocromo B (phyB) fueron examinados antes y después de
tratamientos de luz, examinaron la fosforilación de phyB y determinaron que phyB posee una
región 23 aminoácidos, el cluster de modulación de señales por fosforilación (PCSM), en su
extremo N terminal de señalización. PCSM es fosforilado en múltiples aminoácidos cuando las
plantas están expuestas a la luz. Además de serinas y treoninas, PCSM contiene una
fosfotirosina, Y104, cuya fosforilación dependiente de la luz resulta en una pérdida de fuerza
de unión de phyB a PIF3. Los datos sugieren que la fosforilación de la tirosina 104, un residuo
conservado en fitocromos de algas a plantas superiores, es un mecanismo regulador
fundamental para atenuar la señalización de phyB.
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Fisiología Vegetal
La fosforilación del fitocromo se ha propuesto como un mecanismo adicional para atenuar la
señalización. Hace 30 años, se informó que en Avena sativa purificada (avena) phyA es una
fosfoproteína y los principales residuos fosforilados son serinas (S8, S18 y S599). Estos estudios
fueron más tarde confirmados en vivo para S8 y S599. S8 es constitutivamente fosforilado,
considerando que es fosforilado S599 en una forma dependiente de la luz. Además, se informó
que un dominio N-terminal rico en serina, que incluye S8, regula la respuesta a la luz y la
localización del phyA. Finalmente, una mutación en phyA (phyAS599A), que no puede ser
modificado por la luz, es hipersensible a la luz y la fosforilación constitutiva en S599 interfiere
con la interacción del phyA con PIF3. Estos estudios sugieren que la fosforilación de S599
regula negativamente en avena a phyA interfiriendo con unión al compañero de la
señalización. Además, avena phyA puede interactuar con proteínas fosfatasas (FyPPs, PAPP5 y
PAPP2C), que realzan la señalización del fitocromo a través de la desfosforilación de
fosfoserinas.
La siguiente figura muestra:
(A) El extremo N terminal se ha separado en cuatro regiones o dominios denominados N,
PLD, GAF y PHY. Dos dominios PAS y dominios histidina kinasa conectados se localizan
en el extremo C terminal. El grafico describe la predicción de fosforilación por un
análisis de espectrometría de masas antes y después de un tratamiento con luz blanca.
Las cajas grises indican el grado de fosforilación dependiente de luz del cluster en el
extremo N terminal.
(B) Comparación del motivo PCSM en fitocromos de varias especies. El alineamiento de las
secuencias fue calculado con el software ClustalW. Las cajas grises indican los
fitocromos bacterianos.
Cabe destacar la coincidencia en la secuencia entre los fitocromos de diferentes especies en
los residuos 84-86, 89-91, 104 y 106 del complejo PCSM.
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Fisiología Vegetal
3. TRANSPORTE AL NÚCLEO Y REGULACIÓN
Fotomorfogénesis
Proceso mediante el cual las plantas son capaces de captar la luz del medio externo a
diferentes longitudes de onda para que estas señales luminosas generen cambios fisiológicos
en las mismas que afectan directamente al crecimiento, desarrollo y diferenciación vegetal de
manera independiente a la fotosíntesis.
La luz efectiva que produce estos efectos fotomorfogénicos en las plantas abarca la zona del
espectro electromagnético comprendida entre los 280-800 nm, donde se incluye la
denominada luz visible (400-700 nm).
Las estructuras encargadas de captar estas señales luminosas son los fotorreceptores, que dan
información a la planta sobre la cantidad, calidad, dirección y fotoperiodicidad de la luz
captada.
Las plantas poseen diversos tipos de fotorreceptores para captar las diferentes longitudes de
onda de la luz:

Receptores de la luz UV-B (280-320 nm).

Criptocromos, receptores de la luz UV-A (320-390
nm) y la luz azul (400-500 nm).

Fitocromos, receptores de la luz roja (R) y roja
lejana (RL) (600-800 nm).
Entre las principales respuestas fotomorfogénicas
generadas por los efectos de la luz, cabe destacar:
germinación de semillas (en semillas fotosensibles),
desetiolación (desarrollo de la planta tras el nacimiento de
la semilla en oscuridad), fototropismo, adaptación de la
capacidad fotosintética a la intensidad lumínica, floración,
síndrome de “huida de la sombra”, etc.
Los fitocromos son proteínas constituidas por dos
subunidades, cada subunidad consta de un dominio amino terminal, al que se une un
cromóforo responsable de la absroción de luz y de un dominio carboxilo terminal. En el
extremo amino terminal distinguimos un dominio liasa bilidina (BLD) y un dominio phy que
permite la estabilización de la forma metabólicamente menos estable del fitocromo que es la
forma Pfr. En el dominio carboxilo distinguimos el nucleo, las regiones PAS1 y PAS2 y la región
DHQ (dominio histidina quinasa). Finalmente, aparecen las regiones NLS, localizadas en las
PAS, que son secuencias de localización nuclear. Cuando quedan expuestas, dirigen la forma
activa Pfr desde el citosol al núcleo celular. En la forma inactiva Pr no están expuestas y no
pueden hacer eso. El dominio C-Terminal, que en plantas es treonina quinasa, es esencial para
la autofosforilación.
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Fisiología Vegetal
Los fitocromos son fotorreceptores de rojo y rojo lejano que regulan el crecimiento y
desarrollo de plantas en respuesta a las señales de luz ambiental. Los fitocromos se pueden
encontrar en dos estados conformacionales, una forma inactiva Pr que se localiza en el
citoplasma y absorbe mayoritariamente luz roja y una forma activa Pfr que se localiza
preferentemente en el núcleo y absorbe mayoritariamente luz roja lejana. Ambas formas son
interconvertibles entre sí de modo reversible por absorción de luz. Así la forma Pr se trasforma
en la forma activa Pfr por absorción de luz roja, mientras que la absorción de luz roja lejana
por la forma Pfr la transforma de nuevo en la forma inactiva Pr. Uno de los grandes avances en
el estudio de este fotorreceptor fue el identificar la presencia de diversas formas moleculares
de fitocromos en plantas. En concreto numerosos trabajos fueron desarrollados en la planta
modelo Arabidopsis thaliana, donde se demostró la presencia de hasta cinco fitocromos
distintos (denominados fitocromos A-E) codificados por una pequeña familia de genes
divergentes. PhyB es el responsable de de mediar las respuestas a respuestas a alta irradiancia
(HIR) y de clásica respuesta reversible R:FR de baja fluencia durante la fotomorfogénesis
Regulación del fitocromo B
Mediante estudios con Arabidopsis, se ha demostrado
que el dominio PAS::C-terminal ( PRD ) es necesario y
suficiente para la importación nuclear de phyB y que se
requiere todo el extremo C terminal para la localización
del cuerpo nuclear. También se ha visto que el dominio
liasa bilina (BLD) del extremo N-terminal y el dominio
PHY interactúan directamente con el dominio PRD de
manera dependiente de luz. Estudios de localización in
vivo indican que el dominio BLD -PHY es suficiente para
regular la acumulación nuclear de phyB . Para la
localización nuclear de phyB, los estudios sugieren un
mecanismo molecular en el que la señal de localización
nuclear en el PRD está enmascarada por la interacción
con los dominios de unión del cromóforo-PHYB y
desenmascarado por cambios conformacionales
dependientes de luz.
El dominio PAS es necesario y suficiente para la
localización nuclear de phyB
Tanto la importación nuclear como la
localización del cuerpo nuclear de phyB son
reversibles por luz roja/luz roja lejana. Sin
embargo , cuando el extremo N terminal de
phyB y el extremo C terminal se expresan por
separado como la proteína fluorescente verde
10
Fisiología Vegetal
(GFP), los fragmentos N–terminal se acumulan principalmente en el citoplasma , mientras que
los fragmentos C-terminales se localizan de forma constitutiva en el cuerpo nuclear sin
importar las condiciones de luz. Estos resultados sugieren que el C- terminal contiene señales
tanto para la importación nuclear como para la localización del cuerpo nuclear. Para
identificar las secuencias implicadas en la importación y localización nuclear, se generó una
serie de fragmentos del extremo C terminal fusionados con la proteína fluorescente amarilla
(YFP). Los resultados pusieron de manifiesto que

PRD localiza el núcleo, pero no aísla en compartimentos el cuerpo nuclear.

HKRD localiza el citoplasma.

La fusión de una señal de localización nuclear (NLS) con el C terminal de HKRD::YFP
localiza el núcleo ; Sin embargo , no localiza el cuerpo nuclear.
Por tanto, concluimos con que HKRD no es suficiente para la localización del cuepro nuclear
del phyB y que tanto el HKRD como PRD se requieren para la localización de phyB en el cuerpo
nuclear.
Para analizar la señal de localización nuclear dentro del PRD, se generó un fragmento Cterminal que carece del subdominio PAS-A. Se obtuvo que se localizaba en puntos
citoplasmáticos por lo que este resultado indica que el PAS -A se requiere (Per- Arnt -Sim ) para
la importación nuclear de phyB . Para examinar si PAS - A es suficiente para la importación
nuclear del phyB, fusionamos PAS-A con glucuronidasa (GUS) y YFP. PAS-A::GUS::YFP también
se localiza en puntos citoplasmáticos. Por lo que tanto el PAS-A como el PAS- B se requieren
para formar la señal de localización nuclear. Alternativamente, es posible que la supresión de
PAS- A conduce a la inestabilidad y mal plegamiento del PRD; lo que impide que la señal de
localización nuclear sea expuesta. En cualquier caso, tanto el PAS-A como el PAS-B son
necesarias para la integridad de la señal de localización nuclear en el PRD.
El N y C Terminal del phyB interactuan directamente de forma regulada por luz
Debido a que la localización del cuerpo nuclear del phyB está regulada por luz, partimos de la
hipótesis de que los dominios N-terminales de PHYB deben ser capaces de influir en las señales
de localización del extremo C-terminal a través de cambios dinámicos, dependientes de luz.
Una hipótesis para su regulación es que las señales de localización nuclear del extremo Cterminal se enmascaren físicamente por los dominios N-terminal y la exposición de estas
señales sea un mecanismo dependiente de luz.
Para probar esta hipótesis, se utilizó el sistema doble híbrido de levadura que es una técnica
que permite identificar proteínas que interaccionan in vivo con una proteína utilizada como
«anzuelo», utilizando levaduras como sistema celular. De esta forma se probaría si los
extremos N y C -terminales de phyB interactúanentre sí y si las formas Pr o Pfr del N terminal
tienen diferentes afinidades de unión con el extremo C-terminal.
Los resultados sugirieron que los extremos N y C terminales interactuaron con fuerza en la
oscuridad, momento en el que el N terminal se encuentra en la forma Pr. Cuando el mismo
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Fisiología Vegetal
ensayo se llevó a cabo a la luz roja, lo que convierte a Pr en Pfr, la interacción fue más débil
que en la oscuridad. Por lo tanto, el extremo N terminal interactúa con el C terminal y la
activación por la luz a la forma Pfr debilita esta interacción. Con luz roja lejana, la interacción
fue ligeramente más débil que en la oscuridad. Esto podría ser debido al hecho de que una
pequeña fracción de phyB esta en forma Pfr bajo la acción de la luz roja lejana.
Para confirmar aún más la interacción entre los extremos N y C terminal dependientes de luz
roja/ luz roja lejana, se realizaron otros ensayos con E.coli y los resultados mostraron que el
extremo C-terminal interactuó con la forma Pr del extremo N-terminal con tanta fuerza como
con su forma Pfr.
La interacción entre el extremo N y C terminal compromete
principalmente los Dominios BLD- PHY y PRD
Para investigar el papel del PRD en la interacción intramolecular
entre el extremo N y C terminal de phyB, hemos probado PRD y
HKRD por separado con el extremo N terminal. Debido a que la
forma Pr del extremo N-terminal de phyB interactúa con el extremo C terminal con una
afinidad más alta que la forma Pfr, los ensayos de doble híbrido de levadura se realizaron en
oscuridad, para que el PhyB esté en la forma Pr. PRD interactuó fuertemente con el extremo N
terminal de phyB, mientras que la interacción entre el HKRD y extremo N-terminal de era más
debil. Por otra parte, el propio PRD también interactuó con la forma Pr con una afinidad mayor
que con la forma Pfr. Estos resultados indican que el extremos N terminal interactúa con el
extremo C terminal en gran medida a través del PRD. Para determinar la región N -terminal
precisa que es responsable de la interacción regulada por luz entre los dominios N- y Cterminal, hemos realizado ensayos in vitro con E.coli. Los resultados sugieren que el dominio
Bilina liasa (BLD) y el subdominio PHY (fitocromo apoproteína) del extremo N terminal de phyB
son suficientes para la interacción con el extremo C terminal.
Los subdominios BLD- PHY son suficientes para regular la importación nuclear de phyB
Si la interacción entre los extremos N y C terminal es el mecanismo subyacente que rige la
exposición regulada por luz de la señal de localización nuclear en el PDR, la región que
contiene los subdominios BLD y PHY deben ser suficientes para regular la localización nuclear
de manera dependiente de luz.
Se realizaron unos experimentos con las proteínas PBC, PB_75 y PB_226 que sugieren que en
la oscuridad, la mayoría de las proteínas PBC se localizan en el citoplasma, y a la luz roja las
proteínas PBC se acumulan en el núcleo.

PB_75 mostró patrones de localización similares a las de la las proteínas PBC en la
oscuridad, sin embargo, a la luz roja, las proteínas PB_75 se acumula en el nucleo pero
no localiza los cuerpos nucleares.

Este resultado sugiere que el dominio P1 es crítico para la localización del cuerpo
nuclear pero no es necesario para la acumulación nuclear de phyB.
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Fisiología Vegetal

Cuando se eliminaron tanto los dominios P1 y P2, las proteínas PB_226 también
mostraron localización citoplasmática predominante en la oscuridad y nuclear a la luz
roja.
Por lo que los patrones de localización de PB_226 demuestran que los dominios BLD y P4 son
suficientes para regular la importación nuclear de phyB de una manera dependiente de luz y
que ni PB_75 ni PB_226 son funcionales a pesar de su localización nuclear en presencia de luz
roja.
En conjunto, estos datos proporcionan nuevas evidencias para apoyar un modelo de
desenmascaramiento de la secuencia de localización nuclear por luz. En la forma Pr, la señal de
localización celular en el PRD se enmascara a través de interacciones directas con los
subdominios BLD y PHY del extremo Nterminal. En la forma Pfr, el reordenamiento
estructural en BLD y PHY conducen a
interacciones más débiles con el PRD, lo que
permite la exposición de la señal de
localización celular. Es posible que la
interacción entre los extremos N y C
terminales se produzca a través de una
interacción
intermolecular
entre
monómeros en el homodímero. Los cambios
conformacionales del fitocromo en los
estados Pfr y Pr también pueden ser
importantes para regular la topografía del
extremo N-terminal de phyB y sus
afinidades de unión a otras moléculas de
señalización, tales como PIF3. A través de
este mecanismo, la regulación de la
localización y señalización del fitocromo
está directamente vinculado a las señales de
luz ambiental.
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Fisiología Vegetal
4. AUXINAS Y ARABIDOPSIS
Las auxinas son un tipo de hormonas vegetales implicadas en la regulación de aspectos del
desarrollo y el crecimiento de las plantas. Son una familia de hormonas en la cual la forma
predominante es el ácido indolacético, (IAA abreviado). Existen además otras formas naturales
de la auxina como el ácido fenilacético (PAA) o el ácido indol butírico (IBA).

Síntesis de Auxinas:
Las auxinas son hormonas que se encuentran localizadas en todos los tejidos de la planta,
aunque siempre aparecen en mayor concentración en aquellos lugares que se encuentran en
crecimiento. La síntesis de IAA ocurre principalmente den meristemos apicales, hojas jóvenes y
frutos. En plántulas jóvenes de arabidopsis se ha visto que la síntesis de IAA predomina en
hojas, cotiledones y raíces, siendo las hojas jóvenes las que presentan mayor capacidad para
sintetizar la hormona.
Es sabido que las plantas utilizan varias rutas para sintetizar las auxinas, aunque ninguna de
ellas se conoce hasta el punto de detallar intermediarios y enzimas que intervienen. De todas
formas, mediante evidencias obtenidas de trabajar identificando los posibles intermediarios,
viendo la actividad biológica de los mismos e identificando algunas enzimas capaces de
convertir algunos de estos intermediarios en IAA, se ha sabido que existen dos rutas
principales en la síntesis de la auxina. La primera y más importante de ellas es dependiente de
triptófano, la otra es independiente de él. La ruta más detallada de ambas es la que incorpora
el triptófano (…)

Transporte de Auxinas en Arabidopsis:
El ápice de los tallos es el lugar donde se sintetizan mayor número de auxinas. Aunque hay
objeciones a ésta teoría que proponen que la IAA presente en tallos aéreos sería transportada
desde las semillas vía xilema, pero no se tiene muy en cuenta debido a la capacidad que
presentan los coleoptilos en crecimiento para sintetizar IAA (a partir de triptófano) aun
habiendo sido decapitados.
Las auxinas han sido detectadas en multitud de tejidos además de las zonas en crecimiento, se
ha visto en el cambium, en el xilema y en el floema. Es sabido que el cambium puede sintetizar
IAA a partir del triptófano liberado de células del xilema que entran en diferenciación. Esta
capacidad de síntesis de IAA es mayor en tallos y hojas jóvenes: La cantidad de auxina está
directamente relacionada con la edad del tejido, aunque también pueden localizarse grandes
cantidades en tejidos adultos que han sufrido una lesión (este aumento de la hormona viene
precedido de una aumento en la síntesis de precursores de triptófano en los lugares en los que
se ha producido la rotura). Aun así, y por lo general, los tejidos jóvenes en estado de
crecimiento son más proclives a la síntesis de la hormona.
Las semillas en desarrollo también son una fuente importante de auxinas, Se han encontrado
niveles elevados de auxina en semillas de arabidopsis en estado previo a la maduración. En los
frutos, el contenido de IAA tiende a aumentar después de producirse la polinización.
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Fisiología Vegetal
Ensayos realizados con bloqueadores del transporte y con mutantes de arabidopsis han
demostrado que el transporte de auxinas es necesario para el desarrollo normal de la planta
(tanto a nivel radicular como vascular y embrionario). El transporte de auxinas es complejo y
está regulado por la acción de varias enzimas:
El IAA es sintetizado principalmente en el ápice de las yemas y es transportado hacia la raíz a
través de células parenquimáticas asociadas al tejido vascular. El transporte de auxinas es
polar y, por lo tanto, dependiente de energía, aunque la mayor parte de las auxinas
sintetizadas en las hojas es transportada de forma pasiva y apolar a través del floema. En el
hipotético caso de que la auxina hubiera sido aplicada de forma exógena, la hormona seria
absorbida por el tejido y sería transportada al parénquima vascular.
La velocidad de transporte es independiente de la longitud del tallo y de su concentración.
Pero si es variable con la edad, el transporte de esta hormona es mayor en plántulas jóvenes
que en ejemplares adultos.
Efectos Fisiológicos de las Auxinas:
-
Crecimiento y formación de raíces: Debido a que las auxinas influencian tanto la
división como el crecimiento y la diferenciación celular. Las auxinas están implicadas
en muchos procesos del desarrollo (en algunos de ellos interactúa con otras hormas
como las citocininas).
Una de las principales características de la enzima es su capacidad para regular el
desarrollo radicular de la planta. Mientras las auxinas estimulan el crecimiento de
tallos y coleoptilos, inhiben el crecimiento de la raíz primaria, pero al mismo tiempo
están estimulando la formación de raíces secundarias.
La concentración a la cual sucede este proceso es alrededor de 10-6M y 10-5M, está
concentración es óptima en tallos y yemas axilares pero es excesivamente elevada
para elementos como la raíz, por lo que su crecimiento se retarda. A niveles menores
de 10-9M el desarrollo de la raíz seria el óptimo.
-
Regulación de tropismos: Los tropismos son movimientos de crecimiento direccional
que suceden en respuesta a un estímulo (casi siempre también direccional). El efecto
de las auxinas sobre el crecimiento es importante para controlar los tropismos. De
ellos dependen las curvaturas, giros o inclinaciones que puede realizar el tallo durante
su elongación. Existen varios tipos de tropismos, de todos ellos el más importante y el
que vamos a tratar es el fototropismo.
En el caso de las auxinas afectadas por fototropismos, la auxina (producida en el apice)
es transportada hacia el lateral (lado sombreado) en lugar de a la base de la planta.
Existen unas proteínas fotorreceptoras llamadas fitocromos que intervienen en la
regulación de la acción de las auxinas en función de la cantidad de luz, su longitud de
onda y la cantidad de hormona. (*)
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Fisiología Vegetal
-
Dominancia apical: La distribución en gradiente de la auxina (desde el apice hasta la
base de la planta) reprime el desarrollo de los brotes o yemas axilares laterales a lo
largo del tallo, manteniendo así la llamada dominancia apical.
-
Abscisión de órganos: Las auxinas presentan un efecto negativo sobre la abcision de
los órganos de la planta, retardando su caída o envejecimiento (especialmente en
hojas).El movimiento de la auxina hacia la base del peciolo previene la caída
inhibiendo la acción del etileno (otra hormona vegetal).
-
Desarrollo de flores y frutos: Las plantas que son tratadas con inhibidores del
transporte de auxinas o las plantas mutantes que muestran algún defecto en los genes
implicados en la síntesis de auxinas presentan deformidades en las inflorescencias y en
la estructura floral y del fruto.
-
Diferenciación vascular: Las auxinas controlan la división vascular en el cambium,
donde ocurre la diferenciación de las células que darán lugar al tejido vascular. Su
mayor acción se localiza en la diferenciación de los elementos del xilema, el número de
elementos del xilema que se forman es directamente proporcional a la cantidad de
auxina presente.

Mecanismo de acción del crecimiento mediado por auxinas:
Las auxinas promueven el crecimiento de las plantas principalmente por un aumento de la
expansión celular. De acuerdo con la hipótesis del “efecto ácido” sobre el crecimiento, las
auxinas estimulan la actividad de la bomba de protones (H+-ATPasa) localizada en la membrana
plasmática a través de dos mecanismos: activación de las bombas preexistentes y por
inducción de síntesis de nuevas H+-ATPasas. La extracción de protones hacia la pared celular
genera una reducción del pH (acidificación) lo que a su vez activaría proteínas que rompen
enlaces de hidrógeno entre los constituyentes de la pared. Los candidatos más probables para
este papel inicial son las expansinas, proteínas de pared que favorecerían inicialmente a la
plasticidad de la célula. Otras enzimas hidrolíticas actuarían posteriormente y la célula crecería
como resultado de la presión de turgor generada por la vacuola y por el depósito de nuevos
materiales, cuya síntesis y transporte también parecen ser regulados por auxinas. Las auxinas
también inducen la síntesis de giberelinas, hormonas que promueven el crecimiento del tallo,
por lo que las auxinas también estimularían el crecimiento en forma indirecta.
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Conclusión general de la acción de las auxinas en arabidopsis:
Las Auxinas son las fitohormonas responsables del crecimiento y tropismos. Además participan
en una gran variedad de fenómenos dentro de la planta. Así en el desarrollo del fruto es
consecuencia de la liberación de auxinas por la semilla. De hecho muchos cultivadores inducen
el desarrollo del fruto en flores no polinizadas (frutos partenocárpicos) mediante la aplicación
de auxinas a las flores. Otro fenómeno gobernado por las auxinas es la dominancia apical o
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Fisiología Vegetal
inhibición del desarrollo de las yemas laterales por la yema apical. Este hecho parece estar
producido por el transporte descendente de auxina. La caída de las hojas y frutos, así como la
iniciación de la raíz, también parece ser gobernada por las auxinas. En el primer caso se ha
observado que demora su desprendimiento, mientras que en el segundo estimulan la
aparición de raíces, como es el caso de las raíces adventicias. Como vemos el abanico de
procesos gobernados por las auxinas es muy variado. Sin embargo, su mecanismo de acción no
se conoce con certeza.
Las auxinas son las hormonas vegetales que se encargan del crecimiento meristemático de la
planta y es fácil de observar que un vegetal no crece en línea recta durante todo el desarrollo.
Esto se debe a que las auxinas responden a señales enviadas por los fitocromos (proteínas
fotorreceptoras especialmente sensible a la región roja del espectro visible). Estas señales
vienen dadas como respuestas a cambios en el entorno de la planta, como puede ser una
insolación prolongada o que una planta competidora le esté dando sombra. Los fitocromos,
ante estas situaciones actúan sobre las auxinas cambiando su disposición en el meristemo
apical en crecimiento, de forma que si antes se disponían uniformemente en todo el ápice,
ahora su concentración es mayor en uno de los lados del ápice, por lo que el crecimiento se
orientará hacia el lugar en el que la concentración de auxinas sea mayor, dando como
resultado un escorzo en la dirección del crecimiento natural de la planta.
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