Efecto de la Temperatura en Iniciación y Diferenciación

¨"Efecto de temperatura en iniciación y
diferenciación y genes relacionados con el
proceso de floración"
María Hilda Pérez Barraza
Investigadora del Programa de Investigación Frutales
INIFAP-México
[email protected]
CONTENIDO
Efecto de Temperatura en Mango
1. Condiciones inductivas y no
inductivas para floración. Reguladores
del crecimiento
2. Diferenciación floral: Reguladores del
crecimiento
3. Genes relacionados con el proceso
de floración
Importancia
Producción (X 106 ton)
Superficie (X 103 ha)
182
22
México
11%
1.7
México
Nayarit
> 22 mil ha
12-14 ton/ha
9 ton
Nayarit
CULTIVARES
Ataulfo
Tommy Atkins
Kent
Keitt
Haden
Manila
0.25
PP: 1200 mm
Jun - Oct
22 - 27 °c
13%
Nayarit
1. Condiciones Inductivas y no Inductivas para Floración
Factores que afectan iniciación y diferenciación floral
Floración irregular
♦ Relación
carbono/nitrógeno
♦ Hormona endógenas
(giberelinas, citocininas)
♦ Cantidad Nutrientes
(Nitrógeno)
Fotoperiodo
Temperatura
Cosecha anterior
Presencias de hojas
Humedad
(ambiente, suelo)
Edad del brote
Fertilización (N)
MANGO
1. Condiciones Inductivas……..
Temperatura
Cálidas > 25/20 °C
Condiciones No Inductivas
SUBTROPICO
Frescas 20/15 - < 20 °C
Presencias de hojas
Inmaduras
Maduras
Edad del brote
Inmaduros
TROPICO
Madurez fisiológica
AGUA???
Condiciones Inductivas
Estímulo
Proceso de floración: Nayarit México
‘Ataulfo´
Iniciación/
inducción
Diferenciación
Floración
• Noviembre
• Brote del año, 4 - 6 meses
•
•
•
•
Noviembre – diciembre
Temperatura (15 – 18; <20 °C)
Humedad (estrés hídrico?)
No inductivas
Edad del brote
• Enero - Febrero
• Temperatura
• Lluvia
Floración
irregular
Nayarit: Octubre – Diciembre 2008
Precipitación anual (mm) Atonalisco
2500
2006.4
2000
1500
1475
1000
500
0
2007
2008
En el 2008 la precipitación anual
fue de 530 hasta 730 mm más
que en el 2007.
Las lluvias se distribuyeron de junio
hasta octubre y en algunos casos hasta
los primeros días de noviembre.
Esto provocó una alta humedad
en el suelo así como también en
el ambiente.
Temperaturas cálidas >20°C octubre,
noviembre y parte de diciembre
Floración Irregular 2009
Brotación vegetativa
50
35
40
30
25
30
20
15
20
Flujos de crecimiento
PP
T max
T min
10
10
Precipitación (mm)
Temperatura (°C)
40
5
0
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Octubre 2013
35
60
pp
T max
T min
50
30
40
25
20
30
15
20
10
10
5
0
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Noviembre 2013
Precipitación (mm)
Temperatura (°C)
40
dic
T max
T min
Temperatura (°C)
30
25
20
15
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Diciembre 2013
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Precipitación (mm)
35
No. de flujos y % de Brotación
100
80
60
Flujo 1
Flujo 2
Flujo 3
Flujo 4
40
20
0
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Meses
Condiciones en 2013
Muy similares a 2008
Precipitación, Temperatura
Octubre - Diciembre.
Floración Irregular 2014
Para asegurar producción comercial se requiere
● Que haya una adecuada Iniciación/diferenciación floral
● Que el árbol produzca suficientes flores
● Que las flores sean polinizadas y fecundadas
● Que el fruto permanezca en el árbol hasta cosecha
● Que el fruto tenga el tamaño requerido
Que hacer para
asegurar
floración?
Reguladores
del
crecimiento
Inhibidores de
giberelinas
RC en mango: Paclobutrazol
PBZ
Disminuir o retardar
Crecimiento vegetativo
Ferrari y Sergent, 1996: Murti et al.,
2001; Yeshitela et al., 2004; Rebolledo et
al., 2008; Wilkie et al., 2008; Upreti 2013
Promover
Iniciación
Diferenciación
Asegurar y Adelantar
Floración
Ferrari y Sergent, 1996: Murti et al.,
2001; Yeshitela et al., 2004; Rebolledo et
al., 2008; Wilkie et al., 2008; Upreti 2013
Uso de RC en Nayarit
‘Ataulfo’, ‘Tommy Atkins’, ‘Manila’
Tecnología con PBZ
(Vázquez et al., 2009; Pérez et al., 2011)
• Brasil: Efectos negativos: residuos
en suelo y planta (inhibe c. veg. y
flor.) (Do Carmo et al., 2010)
• Uso restringido en EUA
Prohexadiona de Calcio (P-Ca)
Manzano (Ramírez et al., 2006)
Cítricos y Aguacate (Garner et al., 2010)
Mango: No hay Trabajos en México
140
120
Floración (%)
Resultados obtenidos con PBZ…..
100
80
Uno
60
Dos
40
Mixto
20
Testigo
0
Diciembre
Enero
Febrero
Meses
Marzo
Dinámica de la floración de árboles de mango del
cultivar Ataulfo. 2008
Huertos de validación en el cultivar Ataulfo. Compostela
2009
Edad del huerto
(años)
Producto y dosis
(ml/árbol)
Floración
(%)
DAF*
Cosecha
(kg/árbol)
DAC**
12
A 20
100
32
64-76
30
Sin sombrear
C 20
100
32
79-84
30
Testigo
70
Presencia de mango niño <20 %
A 30
70
35
48-54
-
38-64
30
42-56
30
>18
Mod. Som.
C 30
70
35
Testigo
20
6-10
Presencia de mango niño < del 10 %
DAF*= Días de adelanto de floración,
DAC**=Días de adelanto de cosecha
-
Época de floración de árboles de mango cv. Manila
Tratamiento
2009
2010
2009
2010
Época de
floracióny
Adelanto
(Días)x
Época de
floracióny
Adelanto
(Días)x
Intensidad de
floración (%)
PBZz
40
26
28
15
89.6 a w
98.1 a
PBZ + KNO3
29
37
20
23
72.0 a
93.6 a
Testigo
66
-
43
-
50.6 b
64.4 b
DMS
33.8
16.4
CV
16.7
28.7
Alternativa a PBZ
P-Ca
Verano 2013
Efecto de P-Ca en brotación floral de ‘Ataulfo’
Dosis
(mg·L-1)
Época de aplicación (DDP)z
30y
45
60
150
P-Ca
P-Ca
P-Ca
500
P-Ca
P-Ca
P-Ca
2500
PBZ
1500
P-Ca
Testigox
z DDP= Días después de la poda
y Brotes entre 5-10 cm de longitud
xAplicado con agua y surfactante
(1 ml∙L-1 de agua)
Número de días a floración y adelanto en árboles de
‘Ataulfo’ 2014
Tratamiento
Número de días a floración
(DDA)z
Adelanto
(Días)
Inicio
Plena
P-Ca 150 (3X)
141 a
161 a
9
P-Ca 500 (3X)
125 ab
150 ab
20
PBZ 2500 (1X)
117 b
145 b
25
P-Ca 1500 (1X)
110 b
135 b
35
Testigo
142 a
170 a
CV
12.06
8.67
Z DDA;
Después de la última aplicación de P-Ca
100
Floración (%)
80
a
60
a
ab
40
b
b
20
0
P-Ca 150
(3X)
P-Ca 500
(3X)
PBZ 2500
(1X)
P-Ca 1500
(1X)
Testigo
Tratamientos
Porcentaje de floración en árboles de mango ‘Ataulfo’
Número de frutos por inflorescencia polinizados (Pol)
y partenocárpicos (Prt) en mango ‘Ataulfo’
Frutos·inflorescencia-1
Prt
Total
Tratamiento
Pol
P-Ca 150, 3Xz
4.3 ay
3.5 b
7.8 abc
P-Ca 500, 3X
3.7 a
5.9 a
9.7 a
PBZ 2500 1X
3.7 a
2.9 b
6.0 c
P-Ca 1500, 1X
3.9 a
3.5 b
7.0 bc
Testigo
CV
3.5 a
44.8
4.8 ab
61.77
8.7 ab
39.8
Los inhibidores de
giberelinas aseguran
floración.
Independientemente de las
condiciones no inductivas.
2. Proceso de Inducción/Diferenciación floral:
Reguladores del crecimiento
Cambio del meristemo de
vegetativo a reproductivo
Temperatura y edad del
brote
Hojas maduras
Yema apical
Estimulo
Reguladores del crecimiento
GIBERELINAS
CITOCININAS
AUXINAS
Condiciones no inductivas
a floración
(Crecim. Vegetativo)
Condiciones Inductivas
a floración
CKs
Aux.
Giberelinas (GAs)
Citocininas (CKs)
Aux.
Inhibe
Paclobutrazol (PBZ)
GAs
Sitio de acción de los inhibidores
Etapa I
Inhibidores de ciclasas
Etapa 2
Inhibidores de Monooxigenasas
Etapa 3
Inhibidores de Dioxigenasas
Porcentaje de diferenciación
120
1
2
3
6
100
80
60
40
20
0
15-sep 30-sep
15-oct
30-oct
14-nov
29-nov
14-dic
29-dic
13-ene
Fecha de muestreo
Efecto de PBZ en iniciación y diferenciación floral
2
3
6
Porcentaje de diferenciación
1
100
80
60
40
20
3
1
0
15-sep
29-sep
13-oct
27-oct
10-nov
24-nov
08-dic
22-dic
05-ene
19-ene
02-feb
Fecha de Muestreo
Efecto de P- Ca en iniciación y diferenciación floral
Huerto con poda mecánica y tardía
Tratamiento Ene 6
Ene 13 Ene 20 Ene 27
Feb 4
Feb 10
P-Ca 1500
(1X)
Testigo
PBZ: Inhibe giberelinas y acelera el proceso.
P-Ca: Inhibe giberelinas y favorece al proceso?
Feb 24
3. Genes Relacionados con el Proceso de Floración
Arabidopsis thaliana
Es una pequeña planta familia de las crucíferas.
Importante estudiar muchos aspectos de la
biología molecular de las plantas.
Genoma
♦ 125 mill de pb
♦ 25,500 genes
♦ 70 % (función)
Genes de floración
Cuatro Rutas para
Floración
Cuatro rutas para
floración
7. LEAFY (LFY) es un factor
de transcripción requerido
para la expresión de AP1
5. FT interactúa con el
factor de transcripción
8. La expresión de
LFY esta regulado
por FT
6. El complejo FT, FD
activan genes como AP1
para iniciar floración
Fotoreceptores
4. Se produce la proteína FT
1. Días largos permiten la
acumulación de un factor
de transcripción
2. CO controla la
expresión del
gen FT en la hoja
3. Transcriptor FT se mueve a
través del floema al meristemo
apical
Identificar los genes de Identidad de órgano floral y
clasificarlos de acuerdo a su función
Modelo
ABC
Describe las bases genéticas de la construcción de flores
ARABIDOPSIS
A = APETALA1*
APETALA2
LEUNIG
B = APETALA3*
PISTILLATA*
C= AGAMOUS*
Diferentes nombres en diferentes especie pero la misma función
Arabidopsis
Genes Ortólogosde de la identidad del meristemo floral y dominio
MADS de Arabidopsis fueron encontrados en Frutales
‘Jonathan’
Dos ortólogos LEAFY
AFL1 y AFL2
La expresión de AFL1 en el meristemo
comenzó en la transición de vegetativo
a reproductivo
Naranja y Vid
Ortólogos de LEAFY actúan
como promotores florales
Mandarina ‘Satsuma’
Niveles de mRNA de ortólogo
de FT en inducción floral.
‘Moncada’
Genes de floración afectados
Carga de fruto
Hibrido transgénico
Citrus sinensis L.
La sobre expresión
LEFY y AP1
disminuye la fase juvenil
Floración
(bajo control ambiental y
endógeno)
Peña et al., 2001, Endo et al., 2005; Boss et al., 2006; Sreekantan; Thomas, 2006;
Kotoda et al., 2006, 2010; Mimida et al., 2009
Mango
Arboles de Irwin
2 años de edad
Temperaturas
Inductivas 15°C
No inductivas 25°C
Diferentes tejidos
Hoja
Yema apical
Raquis de Inflores.
Ejes secundarios
Flores hermafroditas
pulpa
MiFT
Expresado en hojas
maduras de árboles
expuestos a bajas
temperaturas (15°C)
MiFT es señal de la floración en mango
Nakagawa et al. 2012
Arboles de Irwin
10 años de edad
Arboles con
producción
Arboles sin
producción
eliminaron
la fruta
Cosecha agosto 2009
Poda de arboles
Muestrean brotes
Cada mes
Tallo: carbohidratos (almidón)
Hojas y yema apical para genes
Noviembre 2009:
15 brotes/árbol AG3
(200 mg·L-1)
Muestrearon
hojas y yemas apicales
1, 30 y 90 DDA.
Muestras en N-líquido, almacenadas a -80°C
Resultados
Expresión
MiFT
incrementó solo en
árboles alternantes.
La expresión esta
regulada por carga de
fruta y temperatura
La aplicación de 250 ppm de
AG3 inhibió la expresión de
MiFT en ambos árboles.
Floración
Árboles NC (floración)
Árboles HC (muy poca)
Fig. 4. Expression levels of MiFT, MAP1, and MLFY in mango leaves and apical buds.
MiFT expression was measured in the leaves, while MAP1 and MLFY expression was
measured in the apical buds
Expresión
MAP1
incrementó
MAP1 se expresoenen
árboles
alternantes
yemas apicales
fue
bajo
mayor temperaturas
en árboles
frías
(15°C). que no
alternantes
alternantes
9
10
11
12
1
2
Fig. 4. Expression levels of MiFT, MAP1, and MLFY in mango leaves and apical
buds. MiFT expression was measured in the leaves, while MAP1 and MLFY
expression was measured in the apical buds
NC
HC
GA20-ox y GA3-ox
actúan en la sintesis y
activación de GAs
En arboles HC
MiGA3-ox, su
expresión tiende a
incrementarse
En mango, Carga de fruta HC
sobreregula la expresión de
MiGA3-ox inicio invierno
NC
HC
Probablemente haya síntesis de
giberelinas que suprimen la
expresión de MiFT y MAP1 e
inhiben floración
1. Arboles de ‘Ataulfo’
8 años de edad
2. Arboles de ‘Ataulfo’
8 años de edad
NAYARIT
Después de cosecha
Poda de arboles. 2013
Ambiente
Chiapas
Nayarit
Sinaloa
Diferentes tejidos
Hoja
Yema apical
Flores hermafroditas
Muestreo brotes
Cada mes: Septiembre
Hojas y yema apical
Ubicaciób: O, P y N
Noviembre 2013
1, 30 y 90 DDA
Tratamientos
1. P-Ca, 500 mg·L-1 3X
2. PBZ 2500 mg·L-1 1X
3. Testigo
4. AG3 250 mgL-1
Muestras
almacenadas a -80°C
Expresión de genes:
MiFT
MAP1
MiGA20-ox
Tipo de brote emergido
En época de floración
Sample ID
Nucleic Acid Conc. ARN
PBZ 13/2/14 N
24
PBZ 13/2/14 N
19.1
PBZ 13/2/14 N
13.8
PBZ 13/2/14 O
33.7
PBZ 13/2/14 O
21.2
PBZ 13/2/14 O
21.8
PBZ 13/2/14 P
46.7
PBZ 13/2/14 P
37.2
Sample
Nucleic Acid
ID
Date
Conc. ADNc
P1
28/05/2014
2052.2
P2
28/05/2014
2014.4
P3
28/05/2014
1966.7
P11
28/05/2014
1692.4
P12
28/05/2014
2021.2
P13
28/05/2014
1911.7
P14
28/05/2014
2079.8
P15
28/05/2014
1819.8
Unit
ng/µl
ng/µl
ng/µl
ng/µl
ng/µl
ng/µl
ng/µl
ng/µl
260/280
2.03
2.02
2.1
2.21
1.88
1.95
2.01
1.98
ADNc
Unit
260/280
ng/µl
1.85
ng/µl
1.87
ng/µl
1.8
ng/µl
1.61
ng/µl
1.86
ng/µl
1.87
ng/µl
1.87
ng/µl
1.87
PCR Tiempo Real
MiEF
MiFT
Amplificación de Genes en hojas de mango
‘Ataulfo’ con PBZ
Expresión de MiFT /MiEF
35
RQ
30
PBZ
25
20
15
10
5
0
Sep N Sep O Sep P Nov NNov ONov P Dic N Dic O Dic P Ene N Ene O Ene P Feb N Feb O Feb P
Fecha de Muestreo
Expresión de MiFT/MiEF
35
P-Ca
30
PBZ
25
Testigo
20
AG3
15
10
5
0
06/09/2013
6/10713
06/11/2013 06/12/2013 06/01/2014 06/02/2014
Título del eje
120
I
V
IN
100
80
60
40
20
0
P-Ca 500 (3X) PBZ 2500 (1X)
AG3 200 (1X)
Testigo
Tipo de crecimiento emergido en el período de floración.
I, Inflorescencia; V, brote vegetativo; IN, Inactivo. 2014
Conclusiones
1
• Nayarit, alta humedad y ausencia de temperaturas frías (≤20°C),
brotes inmaduros provocan floración irregular
• Inhibidores de síntesis de giberelinas, PBZ aseguran y adelantan
floración
2
• Inhibidores de síntesis de giberelinas, aceleran el proceso de
diferenciación PBZ
• Prohexadiona de calcio pudiera ser un sustituto de PBZ
3
• MiFT es el gen de la señal de floración en mango
• MiFT esta regulado por inhibidores de giberelinas: PBZ, P-Ca
• GAs bloquean la expresión de MiFT, inhibiendo floración
Falta Estudios
MiAP1
MiGA20-ox